RU2798456C1 - Nuclear power plant control method and controller - Google Patents

Nuclear power plant control method and controller Download PDF

Info

Publication number
RU2798456C1
RU2798456C1 RU2022115514A RU2022115514A RU2798456C1 RU 2798456 C1 RU2798456 C1 RU 2798456C1 RU 2022115514 A RU2022115514 A RU 2022115514A RU 2022115514 A RU2022115514 A RU 2022115514A RU 2798456 C1 RU2798456 C1 RU 2798456C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
xenon
reactivity
control rods
control
Prior art date
Application number
RU2022115514A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андреас КУН
Клаус-Петер ХОРНУНГ
Дрефес ХАЙКЕ
Андреас ПЕТРАШ
Original Assignee
Фраматом Гмбх
Filing date
Publication date
Application filed by Фраматом Гмбх filed Critical Фраматом Гмбх
Application granted granted Critical
Publication of RU2798456C1 publication Critical patent/RU2798456C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nuclear power plant.
SUBSTANCE: invention is related to a method for controlling a nuclear power plant containing a nuclear reactor (3) with pressurized water. In the method, one or more control rods (16) are moved into the reactor core for power control, an injection device (22, 23, 24, 26, 28, 30) for injecting boric acid and/or deionized water into the primary circuit (5) to control reactivity. The method provides for a waiting period during which the nuclear reactor (3) operates at partial power until it increases the power to a target power exceeding said partial power. For the end of said period, the xenon reactivity and/or xenon concentration is calculated based on the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and the waiting period obtained. On the basis of the obtained data, the predetermined position of the control rods is calculated, wherein said one or more control rods are positioned during the waiting period. If the waiting period exceeds the first predetermined time to raise the xenon concentration to the maximum value, then the rods (16) are moved to compensate for the loss of reactivity.
EFFECT: possibility of adapting the method to the selected power grid control mode to determine the contribution of xenon to the expected power increase phase.
14 cl, 10 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способу управления атомной электростанцией, содержащей реактор с водой под давлением.The present invention relates to a method for controlling a nuclear power plant containing a pressurized water reactor.

Кроме того, настоящее изобретение относится к контроллеру для атомной электростанции.In addition, the present invention relates to a controller for a nuclear power plant.

Электрическую сеть питают электрической энергией, вырабатываемой несколькими видами источников энергии. В частности, возобновляемые источники энергии, например энергия ветра и солнца, весьма нестабильны. Таким образом, атомные электростанции также должны все больше и больше участвовать в регулировании сети, чтобы стабилизировать сеть. Регулирование электрической сети выполняют посредством нескольких режимов регулирования сети, а именно посредством первичного управления, обеспечивающего немедленное изменение мощности в течение нескольких секунд для поддержки частоты сети, вторичного управления или работы с отслеживанием нагрузки, при которой дистанционно подают запрос на дополнительную или меньшую энергию, при этом изменение электроэнергии должно быть обеспечено не позднее, чем за 15 минут. Третичный режим управления обеспечивает средне- и долговременное изменение мощности.The electrical network is fed with electrical energy generated by several types of energy sources. In particular, renewable energy sources such as wind and solar power are highly unstable. Therefore, nuclear power plants also need to participate more and more in the regulation of the grid in order to stabilize the grid. Grid control is performed through several grid control modes, namely primary control providing an immediate change in power within a few seconds to maintain the grid frequency, secondary control or load sensing operation in which a request for additional or less power is remotely made, while change of electricity must be provided no later than 15 minutes. The tertiary control mode provides medium and long-term power variation.

В настоящее время использование атомных электростанций для различных режимов регулирования достаточно затруднительно. Например, оператор атомной станции оценивает реактивность ксенона на основе предыдущего опыта.At present, the use of nuclear power plants for various control modes is rather difficult. For example, a nuclear power plant operator estimates xenon reactivity based on previous experience.

В EP 0 540 951 A1 раскрыт способ и устройство для управления ядерным реактором для минимизации концентрации бора во время работы с отслеживанием нагрузки. В связи с этим основное внимание уделяют управлению осевым распределением мощности и соответствующим осевым ксеноновым колебаниям во время работы с отслеживанием нагрузки в сочетании с целью минимизировать впрыск борной кислоты и деионизированной воды.EP 0 540 951 A1 discloses a method and apparatus for controlling a nuclear reactor to minimize boron concentration during load-tracking operation. Therefore, the focus is on controlling the axial power distribution and the corresponding axial xenon oscillation during load sensing operation, in conjunction with the goal of minimizing the injection of boric acid and deionized water.

В DE 10 2017 205 553 A1 раскрыт способ прогнозирования концентрации ксенона в течение периода вывода на рабочий режим атомной электростанции в режиме работы с отслеживанием нагрузки.DE 10 2017 205 553 A1 discloses a method for predicting the xenon concentration during the power-up period of a nuclear power plant in load-sensing operation.

В EP 2 686 851 B1 раскрыт способ работы реактора с водой под давлением во время работы с отслеживанием нагрузки.EP 2 686 851 B1 discloses a method for operating a pressurized water reactor during load sensing operation.

В EP 2 157 582 A1 раскрыт способ прогнозирования колебаний ксенона. Для этого определяют осевое распределение мощности реактора, чтобы быстро подавить ксеноновые колебания.EP 2 157 582 A1 discloses a method for predicting xenon fluctuations. For this, the axial power distribution of the reactor is determined in order to quickly suppress xenon oscillations.

Ввиду вышеизложенного цель изобретения заключается в создании усовершенствованного способа управления ядерным реактором, который может работать с высокой надежностью во многих различных режимах управления сетью.In view of the foregoing, it is an object of the invention to provide an improved nuclear reactor control method that can operate with high reliability in many different network control modes.

В соответствии с одним аспектом предложен способ управления атомной электростанцией, содержащей ядерный реактор с водой под давлением, имеющий активную зону реактора, вырабатывающую энергию, первичный контур, соединяющий активную зону реактора с парогенератором, один или несколько регулирующих стержней, которые могут быть перемещены в активную зону реактора для регулирования мощности активной зоны реактора, инжекторное устройство для впрыска борной кислоты и/или деионизированной воды в первичный контур для управления реактивностью активной зоны реактора, причем способ включает:In accordance with one aspect, a method is provided for controlling a nuclear power plant comprising a nuclear pressurized water reactor having a reactor core that generates power, a primary circuit connecting the reactor core to a steam generator, one or more control rods that can be moved into the core reactor for controlling the power of the reactor core, an injection device for injecting boric acid and/or deionized water into the primary circuit for controlling the reactivity of the reactor core, the method comprising:

определение фактической мощности ядерного реактора,determination of the actual power of a nuclear reactor,

автоматическое определение фактической концентрации ксенона, фактической концентрации йода и/или фактической реактивности ксенона,automatic determination of the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and/or the actual xenon reactivity,

получение целевой мощности и градиента мощности для увеличения мощности до достижения целевой мощности,obtaining a target power and a power gradient to increase the power until the target power is reached,

отличающийся тем, чтоcharacterized in that

получают период ожидания и/или оставшийся период ожидания, в течение которого ядерный реактор работает на частичной мощности до тех пор, пока он не увеличит мощность до целевой мощности, превышающей частичную мощность,a waiting period and/or a remaining waiting period are obtained during which the nuclear reactor operates at partial power until it increases the power to a target power exceeding the partial power,

вычисляют для конца периода ожидания и/или оставшегося периода ожидания реактивность ксенона и/или концентрацию ксенона на основе фактической концентрации ксенона, фактической концентрации йода и полученного периода ожидания,calculate for the end of the waiting period and/or the remaining waiting period the xenon reactivity and/or the xenon concentration based on the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and the obtained waiting period,

вычисляют для конца периода увеличения мощности реактивность ксенона и/или концентрацию ксенона,xenon reactivity and/or xenon concentration are calculated for the end of the power increase period,

вычисляют заданное положение регулирующего стержня на начало увеличения мощности для одного или нескольких регулирующих стержней на основе вычисленной реактивности ксенона и/или концентрации ксенона в конце периода ожидания и в конце периода увеличения мощности таким образом, чтобы увеличение мощности могло быть выполнено с использованием регулирующих стержней,calculating a predetermined position of the control rod at the beginning of the power increase for one or more control rods based on the calculated xenon reactivity and/or xenon concentration at the end of the waiting period and at the end of the power increase period so that the power increase can be performed using the control rods,

позиционируют в течение периода ожидания один или несколько регулирующих стержней на основе периода ожидания и заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности таким образом, чтобы один или несколько регулирующих стержней достигали заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности в конце периода ожидания.one or more control rods are positioned during the waiting period based on the waiting period and the predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power so that one or more control rods reach the predetermined position of the control rod at the beginning of the increase in power at the end of the waiting period.

Дополнительные варианты осуществления изобретения могут относиться к одному или нескольким из следующих признаков, которые могут сочетаться в любой технически осуществимой комбинации:Additional embodiments of the invention may relate to one or more of the following features, which may be combined in any technically feasible combination:

- расчет заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности дополнительно основан на одном или нескольких значениях реактивности и/или коэффициентах реактивности ядерного реактора, в частности, на одном или нескольких коэффициентах реактивности одного или нескольких регулирующих стержней, коэффициенте реактивности одного или нескольких L-стержней, изменении реактивности из-за разницы средней температуры теплоносителя (ACT) между фактической мощностью и целевой мощностью, изменении реактивности из-за разницы между фактической мощностью и целевой мощностью, и/или вкладе в реактивность последующего потока впрыскиваемой борной кислоты или деионизированной воды в сочетании с коэффициентом борной кислоты в первичной охлаждающей жидкости;- the calculation of the target position of the control rod at the beginning of the increase in power is additionally based on one or more reactivity values and/or reactivity factors of the nuclear reactor, in particular on one or more reactivity factors of one or more control rods, the reactivity factor of one or more L-rods, change in reactivity due to difference in mean coolant temperature (ACT) between actual power and target power, change in reactivity due to difference between actual power and target power, and/or contribution to reactivity of a subsequent flow of injected boric acid or deionized water in combination with a factor boric acid in the primary coolant;

- расчет заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности дополнительно основан на заданном положении регулирующих стержней при полной мощности и/или заданном положении L-стержней при полной мощности;- calculation of the target position of the control rods at the beginning of the increase in power is additionally based on the target position of the control rods at full power and/or the target position of the L-rods at full power;

- если период ожидания превышает первое предварительно заданное время, позволяющее поднять концентрацию ксенона до максимального значения, то дополнительно: выводят один или несколько регулирующих стержней из активной зоны реактора для компенсации потери реактивности из-за увеличения концентрации ксенона и до окончания периода ожидания вводят один или несколько регулирующих стержней в активную зону реактора до заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности;- if the waiting period exceeds the first predetermined time, which allows raising the xenon concentration to the maximum value, then additionally: one or more control rods are removed from the reactor core to compensate for the loss of reactivity due to an increase in the xenon concentration, and before the end of the waiting period, one or more control rods into the reactor core to a predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power;

- в случае если регулирующие стержни достигают верхнего предела регулирования или положения полной нагрузки при выходе из активной зоны, то добавляют некоторое количество деионизированной воды для поддержания реактора на частичной мощности для компенсации потери реактивности из-за увеличения концентрации ксенона, в частности для обеспечения управляемости мощностью реактора;- if the control rods reach the upper control limit or the full load position when exiting the core, then some amount of deionized water is added to maintain the reactor at partial power to compensate for the loss of reactivity due to the increase in xenon concentration, in particular to ensure reactor power controllability ;

- способ также включает: определение лимита времени для перемещения одного или нескольких регулирующих стержней до заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности на основе фактического положения регулирующего стержня, заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности и фактической концентрации борной кислоты в первичной охлаждающей жидкости, чтобы переместить один или несколько регулирующих стержней в активную зону реактора до заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности до определенного лимита времени путем впрыска деионизированной воды в первичный контур, и добавляют деионизированную воду в первичный контур;the method also includes: determining a time limit for moving one or more control rods to a predetermined control rod position at the start of the power increase based on the actual position of the control rod, the predetermined control rod position at the start of the power increase, and the actual concentration of boric acid in the primary coolant, so that move one or more control rods into the reactor core to a predetermined position of the control rod at the start of increasing power to a certain time limit by injecting deionized water into the primary circuit, and adding deionized water to the primary circuit;

- лимит времени также определяют на основе минимальной скорости подачи деионизированной воды;- the time limit is also determined based on the minimum deionized water supply rate;

- когда период ожидания короче второго предварительно заданного времени, при этом второе предварительно заданное время больше первого предварительно заданного времени, один или несколько регулирующих стержней (16) перемещают в активную зону реактора после того, как концентрация ксенона достигла своего максимума в течение периода ожидания, для компенсации увеличения реактивности из-за снижения концентрации ксенона.- when the waiting period is shorter than the second predetermined time, while the second predetermined time is greater than the first predetermined time, one or more control rods (16) are moved to the reactor core after the xenon concentration has reached its maximum during the waiting period, for compensation for the increase in reactivity due to the decrease in xenon concentration.

- когда период ожидания короче второго предварительно заданного времени, при этом второе предварительно заданное время больше первого предварительно заданного времени, способ также содержит следующее: если во время перемещения в активную зону реактора регулирующие стержни достигают заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности, то добавляют борную кислоту в первичный контур и поддерживают регулирующие стержни в заданном положении начала увеличения мощности, в том числе для обеспечения остаточной реактивности выключенного реактора;- when the waiting period is shorter than the second predetermined time, while the second predetermined time is greater than the first predetermined time, the method also comprises the following: if, during the movement into the reactor core, the control rods reach the predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power, then boron is added acid into the primary circuit and maintain the control rods in a predetermined position to start increasing power, including to ensure the residual reactivity of the shutdown reactor;

- когда период ожидания превышает второе предварительно заданное время, при этом второе предварительно заданное время превышает первое предварительно заданное время, способ также содержит следующее: после достижения максимальной концентрации ксенона в течение периода ожидания добавляют борную кислоту в первичный контур для компенсации увеличения реактивности из-за снижения концентрации ксенона, при этом, в частности, до окончания периода ожидания регулирующие стержни остаются в положении верхнего предела регулирования или в положении полной мощности до перемещения одного или нескольких регулирующих стержней (16) в активную зону реактора до заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности;- when the waiting period exceeds the second predetermined time, while the second predetermined time exceeds the first predetermined time, the method also comprises the following: after reaching the maximum xenon concentration during the waiting period, boric acid is added to the primary circuit to compensate for the increase in reactivity due to the decrease xenon concentration, while, in particular, until the end of the waiting period, the control rods remain in the position of the upper limit of regulation or in the position of full power until one or more control rods (16) move into the reactor core to a predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power;

- первое предварительно заданное время соответствует времени через 2 часа после максимума ксенона или времени, которое после максимума ксенона соответствует 30% от времени ожидания до максимума ксенона;- the first preset time corresponds to the time 2 hours after the xenon maximum or the time after the xenon maximum corresponds to 30% of the waiting time to the xenon maximum;

- первое предварительно заданное время составляет от 6 до 10 часов, и/или второе предварительно заданное время составляет от 20 до 60 часов; и/или- the first preset time is from 6 to 10 hours and/or the second preset time is from 20 to 60 hours; and/or

- вычисляют общую реактивность, включая реактивность ксенона в конце периода ожидания и в конце периода увеличения мощности для увеличения мощности до целевой мощности для расчета заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности.- calculate the total reactivity, including the reactivity of xenon at the end of the waiting period and at the end of the power increase period to increase the power to the target power to calculate the desired position of the control rod at the beginning of the power increase.

В соответствии с другим аспектом предложен контроллер для атомной электростанции, содержащей ядерный реактор с водой под давлением, имеющий активную зону реактора, вырабатывающую энергию, первичный контур, соединяющий активную зону реактора с парогенератором, один или несколько регулирующих стержней, которые могут быть перемещены в активную зону реактора для регулирования мощности активной зоны реактора, инжекторное устройство для впрыска борной кислоты и/или деионизированной воды в первичный контур для управления реактивностью активной зоны реактора, причем контроллер выполнен с возможностью:In accordance with another aspect, a controller is provided for a nuclear power plant comprising a nuclear pressurized water reactor, having a reactor core that generates power, a primary circuit connecting the reactor core to a steam generator, one or more control rods that can be moved into the core reactor to control the power of the reactor core, an injection device for injecting boric acid and/or deionized water into the primary circuit to control the reactivity of the reactor core, the controller being configured to:

определять фактическую мощность ядерного реактора,determine the actual power of a nuclear reactor,

автоматически определять фактическую концентрацию ксенона, фактическую концентрацию йода и/или фактическую реактивность ксенона,automatically determine the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and/or the actual xenon reactivity,

получать целевую мощность и градиент мощности для периода увеличения мощности до достижения целевой мощности,obtain the target power and the power gradient for the power increase period until the target power is reached,

отличающийся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью:characterized in that the controller is additionally configured to:

получать период ожидания и/или оставшийся период ожидания, в течение которого ядерный реактор работает на частичной мощности до тех пор, пока он не увеличит мощность до целевой мощности, превышающей частичную мощность,obtain a sleep period and/or remaining sleep period during which the nuclear reactor operates at partial power until it increases power to a target power that exceeds partial power,

вычислять для конца периода ожидания и/или оставшегося периода ожидания реактивность ксенона и/или концентрацию ксенона на основе фактической концентрации ксенона, фактической концентрации йода и полученного периода ожидания,calculate for the end of the waiting period and/or the remaining waiting period the xenon reactivity and/or the xenon concentration based on the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and the obtained waiting period,

вычислять для конца периода увеличения мощности реактивность ксенона и/или концентрацию ксенона,calculate xenon reactivity and/or xenon concentration for the end of the power increase period,

вычислять заданное положение регулирующего стержня на начало увеличения мощности для одного или нескольких регулирующих стержней на основе вычисленной реактивности ксенона и/или концентрации ксенона в конце периода ожидания и в конце периода увеличения мощности таким образом, чтобы увеличение мощности могло быть выполнено с использованием регулирующих стержней,calculate a predetermined position of the control rod at the beginning of the power increase for one or more control rods based on the calculated xenon reactivity and/or xenon concentration at the end of the waiting period and at the end of the power increase period so that the power increase can be performed using the control rods,

позиционировать в течение периода ожидания один или несколько регулирующих стержней на основе периода ожидания и заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности таким образом, чтобы один или несколько регулирующих стержней достигали заданного положения регулирующего стержня на начало увеличения мощности в конце периода ожидания.to position during the waiting period one or more control rods based on the waiting period and the desired position of the control rod at the beginning of the increase in power so that one or more control rods reach the specified position of the control rod at the beginning of the increase in power at the end of the waiting period.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью выполнения описанного в этом документе способа.In accordance with embodiments of the invention, the controller is configured to perform the method described in this document.

Дополнительные преимущества, признаки, аспекты и подробности очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежей.Additional advantages, features, aspects and details are apparent from the dependent claims, description and drawings.

Так что способ, при котором вышеприведенные признаки настоящего изобретения можно понять в деталях, более конкретное описание изобретения, кратко изложенное выше, можно читать со ссылкой на варианты осуществления. Однако следует отметить, что на прилагаемых чертежах проиллюстрированы только типичные варианты осуществления этого изобретения, и, поэтому, их не следует рассматривать как ограничивающие его объем, поскольку изобретение может допускать другие столь же эффективные варианты осуществления.So that the way in which the above features of the present invention can be understood in detail, the more specific description of the invention summarized above can be read with reference to the embodiments. However, it should be noted that the accompanying drawings illustrate only exemplary embodiments of this invention and, therefore, should not be construed as limiting its scope, as the invention may allow for other equally effective embodiments.

Сопровождающие чертежи относятся к вариантам осуществления изобретения и описаны следующим образом:The accompanying drawings relate to embodiments of the invention and are described as follows:

на фиг. 1 схематично показана блок-схема способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения,in fig. 1 is a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the invention,

на фиг. 2 графически представлена зависимость реактивности ксенона от увеличения мощности реактора,in fig. 2 graphically shows the dependence of xenon reactivity on the increase in reactor power,

на фиг. 3 схематически показан контроль вычисления реактивности ксенона в течение периода ожидания и периода выхода на рабочий режим,in fig. 3 schematically shows the control of the xenon reactivity calculation during the standby period and the wake-up period,

на фиг. 4 схематически показана модель для определения фактических значений содержания йода и ксенона,in fig. 4 schematically shows the model for determining the actual values of the content of iodine and xenon,

на фиг. 5 схематически показана модель для прогнозирования концентрации ксенона,in fig. 5 schematically shows a model for predicting the xenon concentration,

на фиг. 6 показан график концентрации ксенона и положения регулирующего стержня или D-стержня, подачи борной кислоты, подачи деионизированной воды и мощности реактора в зависимости от времени для первого периода ожидания, который составляет менее 8 часов, что соответствует максимуму ксенона, а положение(я) D-стержня остается по существу на значении, которое необходимо для последующего повышения мощности по сравнению с работой во вторичном режиме.in fig. 6 shows a plot of xenon concentration and control rod or D-rod position, boric acid supply, deionized water supply, and reactor power versus time for a first latency period that is less than 8 hours, corresponding to xenon maximum, and position(s) D -bar stays essentially at the value that is needed for the subsequent increase in power compared to operation in the secondary mode.

На фиг. 7 показан график концентрации ксенона и положения регулирующего стержня или D-стержня, подачи борной кислоты, подачи деионизированной воды и мощности реактора в зависимости от времени для второго периода ожидания, который составляет от 8 часов до примерно 30 часов при минимальном впрыске борной кислоты и деионизированной воды с использованием регулирующих стержней для компенсации ксенона.In FIG. 7 shows a graph of xenon concentration and control or D-rod position, boric acid supply, deionized water supply, and reactor power versus time for a second standby period that ranges from 8 hours to about 30 hours with a minimum injection of boric acid and deionized water. using control rods to compensate for xenon.

На фиг. 8 показан график концентрации ксенона и положения D-стержня, подачи борной кислоты, подачи деионизированной воды и мощности реактора в зависимости от времени для третьего периода ожидания, который превышает примерно 30 часов, при этом регулирующий стержень находится в положении для работы на полной мощности для расширенного режима работы с низким энергопотреблением (ELPO) с использованием ксенона для извлечения D-стержней и деионизированной воды с помощью автоматического баланса реактивности, чтобы вернуть их в необходимое положение для выхода на рабочий режим в конце скорректированного времени ожидания.In FIG. 8 shows a plot of xenon concentration and D-rod position, boric acid supply, deionized water supply, and reactor power versus time for a third sleep period that is greater than about 30 hours, with the control rod in the full power position for extended low power operating mode (ELPO) using xenon to extract D-rods and deionized water using an automatic reactivity balance to return them to the correct position to enter the operating mode at the end of the adjusted waiting time.

На фиг. 9 показан график, иллюстрирующий погрешность предсказания концентрации ксенона на основе корректировки прогноза ксенона за 200 шагов вычисления, иIn FIG. 9 is a graph illustrating the xenon concentration prediction error based on xenon prediction correction over 200 calculation steps, and

На фиг. 10 представлена визуализация управления реактивностью с целью увеличения мощности ядерного реактора на технологической компьютерной системе для оператора реактора.In FIG. 10 is a visualization of reactivity control to increase the power of a nuclear reactor on a process computer system for a reactor operator.

На фиг. 1 схематично показана блок-схема способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения для реактора с водой под давлением. Ядерный реактор 3 включает в себя реакторный корпус высокого давления, который включает в себя топливные стержни в активной зоне реактора. Ядерный реактор 3, в частности, реакторный корпус высокого давления, соединен с одним или несколькими контурами 5 с первичной охлаждающей жидкостью или первичными контурами 5, в которых охлаждающую жидкость приводят в движение с помощью главного насоса 7 теплоносителя. Один или несколько первичных контуров 5 переносят посредством охлаждающей жидкости к одному или нескольким теплообменникам 9 тепло, генерируемое в результате ядерного деления ядерного топлива в топливных стержнях. Давление в этих первичных контурах 5 настолько высокое, что не происходит испарение воды или охлаждающей жидкости, циркулирующей в первичном контуре.In FIG. 1 is a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the invention for a pressurized water reactor. The nuclear reactor 3 includes a pressure vessel which includes fuel rods in the reactor core. The nuclear reactor 3, in particular the reactor pressure vessel, is connected to one or more primary coolant circuits 5 or primary circuits 5 in which the coolant is driven by a main coolant pump 7 . One or more primary circuits 5 carry, by means of a coolant, to one or more heat exchangers 9 the heat generated by nuclear fission of the nuclear fuel in the fuel rods. The pressure in these primary circuits 5 is so high that there is no evaporation of the water or coolant circulating in the primary circuit.

Один или несколько теплообменников или парогенераторов 9 генерируют пар, например, из воды или вторичной охлаждающей жидкости, циркулирующей в одном или нескольких вторичных контурах. Затем пар транспортируют через один или несколько вторичных контуров 11 к одной или нескольким паровым турбинам, где пар, получаемый из вторичной охлаждающей жидкости, расширяется и создает вращение, которое используется одной или несколькими электрическими машинами для выработки электрической энергии. Вторичная охлаждающая жидкость конденсируется, и ее подают обратно в теплообменник 9.One or more heat exchangers or steam generators 9 generate steam, for example from water or a secondary coolant circulating in one or more secondary circuits. The steam is then transported through one or more secondary circuits 11 to one or more steam turbines where the steam obtained from the secondary coolant expands and creates rotation which is used by one or more electrical machines to generate electrical power. The secondary coolant condenses and is fed back to heat exchanger 9.

Ядерный реактор 3 включает в себя множество стержней, которые приспособлены для введения между топливными стержнями для управления мощностью, вырабатываемой ядерным реактором 3. Например, ядерный реактор включает в себя так называемые L-стержни 14 и D-стержни 16. L-стержни 14 предназначены главным образом для управления локальной плотностью мощности в активной зоне реактора или осевым распределением мощности. D-стержни или регулирующие стержни 16 предназначены для управления абсолютной мощностью активной зоны реактора. Регулирующие стержни 16 поглощают нейтроны, и в зависимости от глубины их введения можно управлять выработкой энергии ядерного реактора, например, за счет влияния на поток нейтронов внутри реактора. Поэтому, с помощью регулирующих стержней 16 можно быстро изменять мощность ядерного реактора 3. Регулирующие стержни 16 организованы в наборы (или группы) регулирующих стержней 16. Например, ядерный реактор 3 может включать в себя множество наборов регулирующих стержней 16, каждый из которых включает в себя от 3 до 8 регулирующих стержней 16.The nuclear reactor 3 includes a plurality of rods that are adapted to be inserted between the fuel rods to control the power generated by the nuclear reactor 3. For example, the nuclear reactor includes so-called L rods 14 and D rods 16. way to control the local power density in the reactor core or axial power distribution. The D-rods or control rods 16 are designed to control the absolute power of the reactor core. The control rods 16 absorb neutrons, and depending on the depth of their insertion, it is possible to control the power generation of a nuclear reactor, for example, by influencing the neutron flux inside the reactor. Therefore, the control rods 16 can rapidly change the power of the nuclear reactor 3. The control rods 16 are organized into sets (or groups) of control rods 16. For example, the nuclear reactor 3 may include a plurality of sets of control rods 16, each of which includes 3 to 8 control rods 16.

Перемещение регулирующих стержней 16 или набора D-стержней возможно между положением L-стержней, в частности, положением свободного конца L-стержней 14, например, когда свободный конец регулирующих стержней 16 соответствует свободному концу L-стержней 14, и полностью вставленным конечным положением или нижним конечным положением регулирующих стержней 16. Свободный конец L-стержней 14 и регулирующих стержней 16 соответствует нижнему концу, если стержни вводят сверху ядерного реактора 3. В варианте осуществления изобретения полностью вставленное конечное положение регулирующих стержней 16 заканчивается почти у дна активной зоны ядерного реактора 3. Например, нижнее конечное положение находится примерно на 300 см введения регулирующих стержней 16. Глубина введения регулирующих стержней 16 и L-стержней 14 определяется на основе свободного конца, проходящего в активную зону реактора. В данном примере считается, что регулирующие стержни 16 и L-стержни 14 вводят в ядерный реактор 3 сверху. Другие типы ядерных реакторов могут иметь регулирующие стержни 16 и L-стержни 14, которые вставляют снизу. Тогда полностью вставленное конечное положение является верхним конечным положением регулирующих стержней 16.Movement of the control rods 16 or a set of D-rods is possible between the position of the L-rods, in particular the position of the free end of the L-rods 14, for example, when the free end of the control rods 16 corresponds to the free end of the L-rods 14, and the fully inserted end position or lower the end position of the control rods 16. The free end of the L-rods 14 and the control rods 16 corresponds to the lower end if the rods are inserted from above the nuclear reactor 3. In an embodiment of the invention, the fully inserted end position of the control rods 16 ends almost at the bottom of the core of the nuclear reactor 3. For example , the lower end position is about 300 cm of insertion of the control rods 16. The depth of insertion of the control rods 16 and L-rods 14 is determined based on the free end extending into the reactor core. In this example, it is considered that the control rods 16 and L-rods 14 are inserted into the nuclear reactor 3 from above. Other types of nuclear reactors may have control rods 16 and L-rods 14 that are inserted from below. The fully inserted end position is then the upper end position of the control rods 16.

Например, типичный реактор PWR (реактор с водой под давлением) немецкой конструкции с электрической мощностью около 1500 МВт имеет 4 подвижных набора (или группы) регулирующих стержней 16 с 4 регулирующими стержнями в каждом для управления мощностью реактора. Такой реактор может иметь комплект L-стержней, состоящий примерно из 45 L-стержней.For example, a typical PWR (Pressed Water Reactor) of German design with an electrical power of about 1500 MW has 4 movable sets (or groups) of control rods 16 with 4 control rods each to control the power of the reactor. Such a reactor may have a set of L-rods, consisting of about 45 L-rods.

Для контроля и управления ядерным реактором 3 предусмотрено множество детекторов для непрерывного определения плотности потока нейтронов, причем в соответствии с вариантом осуществления изобретения в так называемой SPND-трубке (детектор нейтронов с автономным питанием) 18 предусмотрено восемь раз по шесть детекторов.To monitor and control the nuclear reactor 3, a plurality of detectors are provided for continuously determining the neutron flux density, and in accordance with an embodiment of the invention, the so-called SPND tube (self-powered neutron detector) 18 is provided with eight times six detectors.

Как управлять осевым распределением мощности и соответствующими осевыми колебаниями ксенона с помощью L-стержней, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, является частью стандартного управления 58 реактором, поскольку его используют с "адаптивным управлением распределением мощности" в PWR немецкой конструкции. Это "адаптивное управление распределением мощности" запускает модуль "осевого двухточечного расчета ксенона" (одна точка для верхней и другая точка для нижней половины активной зоны; входные данные задают SPND-трубками 18). Динамика "адаптивного управления распределением мощности" адаптирована таким образом, что необходимое изменение положения L-стержня происходит параллельно с изменением нагрузки. Таким образом, это адаптивное управление распределением мощности по существу не требует впрыска борной кислоты и деионизированной воды для компенсации изменения положения L-стержня, который используется для управления осевым распределением мощности PD при частичной нагрузке. Другими словами, изменение положения L-стержней для управления осевым распределением мощности, касательно реактивности, компенсируется эффектом реактивности за счет изменения мощности реактора. How to control axial power distribution and corresponding xenon axial vibrations with L-rods, according to embodiments of the invention, is part of the standard reactor control 58 as it is used with "adaptive power distribution control" in a German PWR. This "adaptive power distribution control" triggers the "xenon axial two-point calculation" module (one point for the upper and another point for the lower half of the core; input given by SPND tubes 18). The dynamics of "adaptive power distribution control" is adapted in such a way that the necessary change in the position of the L-bar occurs in parallel with the change in load. Thus, this adaptive power distribution control essentially does not require the injection of boric acid and deionized water to compensate for the change in the position of the L-rod, which is used to control the axial power distribution PD at part load. In other words, the change in the position of the L-rods to control the axial power distribution, with respect to reactivity, is compensated by the effect of reactivity due to the change in reactor power.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения наборы регулирующих стержней 16 могут быть вставлены один за другим. Наборы регулирующих стержней или регулирующие стержни 16 лишь незначительно влияют на осевое распределение мощности. Мощность ядерного реактора и, таким образом, перемещение регулирующих стержней 16 регулируют в зависимости от результатов измерения средней температуры теплоносителя - ACT.According to embodiments of the invention, sets of control rods 16 can be inserted one after the other. Control rod sets or control rods 16 only slightly affect the axial power distribution. The power of the nuclear reactor and thus the movement of the control rods 16 is controlled depending on the measurement of the average coolant temperature - ACT.

В соответствии с настоящим изобретением, минимизацию впрыска BODE (впрыска борной кислоты и/или деионизированной воды) производят и обеспечивают посредством полного управления реактивностью, которое адаптировано к нескольким режимам управления, связанным с сетью электроснабжения.In accordance with the present invention, the minimization of BODE injection (boric acid and/or deionized water injection) is produced and provided by total reactivity control, which is adapted to several control modes associated with the power supply network.

Кроме того, ядерный реактор содержит датчики 20 для определения мощности ядерного реактора 3, например, по потоку нейтронов.In addition, the nuclear reactor contains sensors 20 to determine the power of the nuclear reactor 3, for example, from the neutron flux.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения, мощность ядерного реактора 3 регулируют посредством мощности, регулируемой на уровне генератора. Затем регулирующие стержни 16 и L-стержни 14 перемещают для согласования мощности ядерного реактора 3 с мощностью, требуемой генератором. При адаптации мощности ядерного реактора 3 также изменяется температура первичной охлаждающей жидкости. Более высокая мощность приводит к более высокой температуре первичной охлаждающей жидкости. Температура охлаждающей жидкости также влияет на реактивность ядерного реактора 3.In accordance with embodiments of the invention, the power of the nuclear reactor 3 is controlled by power controlled at the generator level. The control rods 16 and L-rods 14 are then moved to match the power of the nuclear reactor 3 with the power required by the generator. When adapting the power of the nuclear reactor 3 also changes the temperature of the primary coolant. Higher power results in higher primary coolant temperature. The temperature of the coolant also affects the reactivity of the nuclear reactor 3.

Продолжительное изменение реактивности, в частности за счет ксенона и расхода топлива, регулируют изменением концентрации борной кислоты и/или деионизированной воды. Это добавление одной из этих двух жидкостей в настоящем описании изобретении также может быть названо добавлением или впрыском BODE. Борная кислота в первичном контуре 5 выступает в качестве поглотителя нейтронов. Таким образом, при более высокой концентрации борной кислоты снижается мощность или реактивность. Для повышения реактивности в первичный контур 5 добавляют деионизированную воду, чтобы снизить концентрацию борной кислоты и тем самым повысить реактивность. Имеются отдельные насосы 22, 23 для подачи деионизированной воды 24 и/или борной кислоты 26 в первичный контур 5. Насос 22 предназначен для впрыска деионизированной воды 24, а насос 23 предназначен для впрыска борной кислоты 26 в первичный контур 5. Количество деионизированной воды 24 и/или борной кислоты 26 можно регулировать с помощью клапанов 28, 30 и/или насосов 22, 23. Насосы 22, 23 работают только в случае необходимости впрыска BODE.The long-term change in reactivity, in particular due to xenon and fuel consumption, is controlled by changing the concentration of boric acid and/or deionized water. This addition of one of these two fluids may also be referred to as BODE addition or injection in the present specification. Boric acid in primary circuit 5 acts as a neutron absorber. Thus, at a higher concentration of boric acid, power or reactivity decreases. To increase the reactivity, deionized water is added to the primary circuit 5 in order to reduce the concentration of boric acid and thereby increase the reactivity. There are separate pumps 22, 23 for supplying deionized water 24 and/or boric acid 26 to primary circuit 5. Pump 22 is for injecting deionized water 24 and pump 23 is for injecting boric acid 26 into primary circuit 5. The amount of deionized water 24 and /or boric acid 26 can be controlled by valves 28, 30 and/or pumps 22, 23. Pumps 22, 23 only operate when BODE injection is required.

Управление ядерным реактором усложняется из-за того, что концентрация ксенона-135 (называемого в дальнейшем ксеноном или Xe) в активной зоне реактора имеет сложную зависимость от времени. Ксенон действует как нейтронный яд или поглотитель нейтронов. Значения ксенона меняются в течение нескольких часов. Ксенон возникает в результате цепочки реакций деления ядерного топлива и исчезает при поглощении нейтронов и из-за распада ксенона. Однако возникновение и поглощение нейтронов происходят с временной задержкой, так что для фактической и будущей мощности ядерного реактора необходимо учитывать фактическое, прошлое и будущее значения ксенона, в частности, для оптимального управления положением регулирующих стержней 16 через концентрацию борной кислоты (путем впрыска BODE). Когда атомная электростанция работает длительное время на постоянной мощности, концентрация ксенона достигает равновесного или стационарного состояния. Реактивность ксенона является линейной функцией концентрации ксенона.The control of a nuclear reactor is complicated by the fact that the concentration of xenon-135 (hereinafter referred to as xenon or Xe) in the reactor core has a complex time dependence. Xenon acts as a neutron poison or neutron absorber. The xenon values change over the course of several hours. Xenon arises as a result of a chain of fission reactions of nuclear fuel and disappears when neutrons are absorbed and due to the decay of xenon. However, the generation and absorption of neutrons occur with a time delay, so that for the actual and future power of the nuclear reactor, it is necessary to take into account the actual, past and future values of xenon, in particular for optimal control of the position of the control rods 16 through the concentration of boric acid (by BODE injection). When a nuclear power plant operates for a long time at constant power, the xenon concentration reaches an equilibrium or steady state. Xenon reactivity is a linear function of xenon concentration.

На фиг. 2 показано два примера работы ядерного реактора в течение определенного времени с частичной мощностью.In FIG. 2 shows two examples of a nuclear reactor running for a certain time at partial power.

На фиг. 2(а) мощность PR сначала составляет 100% (т.е. полная мощность ядерного реактора), а затем снижается до 30% от полной мощности. Частичную мощность, составляющую 30% от полной мощности, затем поддерживают в течение примерно 2 часов, прежде чем мощность будет увеличена в точке А до 98% от полной мощности. При частичной мощности увеличивается концентрация ксенона и, следовательно, реактивность ксенона. В точке В ядерный реактор выходит на целевую мощность, составляющую 98% от полной мощности. Как видно, реактивность ксенона при наборе мощности, т.е. между точками А и В, снижается по мере того, как в реакторе выгорает ксенон-135, который начинает поглощать больше нейтронов и снижается реактивность вскоре после точки А. Как видно из фиг. 2(а), снижение реактивности ксенона между точкой А и точкой В за счет выгорания ксенона составляет около 100 pcm, что соответствует перемещению около 20% длины набора D-стержней или регулирующих стержней.In FIG. 2(a), the power P R is initially 100% (ie the full power of the nuclear reactor) and then is reduced to 30% of the full power. Partial power, which is 30% of full power, is then maintained for about 2 hours before the power is increased at point A to 98% of full power. At partial power, the xenon concentration and hence the xenon reactivity increases. At point B, the nuclear reactor reaches its target power of 98% of full power. As can be seen, the reactivity of xenon during power up, i.e. between points A and B, decreases as xenon-135 burns out in the reactor, which begins to absorb more neutrons and decreases in reactivity shortly after point A. As can be seen from FIG. 2(a), the decrease in xenon reactivity between point A and point B due to xenon burn-up is about 100 pcm, which corresponds to a movement of about 20% of the length of the set of D-rods or control rods.

На фиг. 2(b) мощность PR сначала составляет 100% (т.е. полная мощность ядерного реактора), а затем снижается до 30% от полной мощности. Частичную мощность, составляющую 30% от полной мощности, затем поддерживают в течение примерно 6 часов, прежде чем мощность будет увеличена в точке А до 98% от полной мощности. В точке В ядерный реактор выходит на целевую мощность 98% от полной мощности. Как видно, реактивность ксенона при наборе мощности, т.е. между точками А и В, снижается по мере того, как в реакторе выгорает ксенон-135, который начинает поглощать больше нейтронов и снижается реактивность вскоре после точки А. Как видно из фиг. 2(b), снижение реактивности ксенона между точкой А и точкой В за счет выгорания ксенона составляет около 500 pcm, что соответствует перемещению около 100% набора D-стержней или регулирующих стержней.In FIG. 2(b) the power P R is initially 100% (ie full power of the nuclear reactor) and then reduced to 30% of full power. Partial power, which is 30% of full power, is then maintained for about 6 hours before the power is increased at point A to 98% of full power. At point B, the nuclear reactor reaches its target power of 98% of full power. As can be seen, the reactivity of xenon during power up, i.e. between points A and B, decreases as xenon-135 burns out in the reactor, which begins to absorb more neutrons and decreases in reactivity shortly after point A. As can be seen from FIG. 2(b), the reduction in xenon reactivity between point A and point B due to xenon burn-in is about 500 pcm, which corresponds to a movement of about 100% of the D-rod set or control rods.

Таким образом, видно, что концентрация ксенона, а следовательно, и реактивность на основе ксенона во многом зависят от периода ожидания и предшествующей работы ядерного реактора 3.Thus, it can be seen that the xenon concentration, and hence the xenon-based reactivity, largely depends on the waiting period and the previous operation of the nuclear reactor 3.

Атомная электростанция может эксплуатироваться в нескольких режимах работы, связанных с потребностями электрической сети.A nuclear power plant can be operated in several modes of operation related to the needs of the electrical network.

В режиме первичного управления обеспечивают немедленную подачу мощности в течение нескольких секунд для поддержки частоты сети, при этом дополнительная мощность обеспечивается в период от 0 до 15 минут (обычно в течение секунд) для стабилизации частоты сети. Первичное управление выводится из отклонения частоты сети от стандартной частоты.Primary control provides immediate power for a few seconds to maintain the mains frequency, while additional power is provided between 0 and 15 minutes (typically within seconds) to stabilize the mains frequency. The primary control is derived from the mains frequency deviation from the standard frequency.

В режиме вторичного управления обеспечивают требуемую мощность электростанции самое позднее через 15 минут. Это также называют работой с отслеживанием нагрузки. В режиме вторичного управления запрос дополнительной энергии подается дистанционно через целевую мощность генератора, которая может быть изменена ступенчато. Дополнительную электроэнергию необходимо обеспечить не позднее чем в течение 15 минут. Заранее известны только максимальный градиент мощности dPG/dt и диапазон значений мощности. Время работы с частичной мощностью может составлять несколько часов. Изменения мощности запрашиваются стохастическим образом. При вторичном управлении целевая мощность PR должна быть достигнута в любой момент, так что регулирующие стержни 16 должны иметь конкретное предварительно заданное или предопределенное положение.In the secondary control mode, the required power of the power plant is provided at the latest after 15 minutes. This is also referred to as load tracking work. In secondary control mode, the request for additional power is remotely supplied through the target generator power, which can be changed in steps. Additional electricity must be provided within 15 minutes at the latest. Only the maximum power gradient dPG/dt and the power range are known in advance. The operating time at partial power can be several hours. Power changes are requested in a stochastic manner. In the secondary control, the target power P R must be reached at any time, so that the control rods 16 must have a specific predetermined or predetermined position.

Режим третичного управления обеспечивает средне- и долговременное изменение мощности. При третичном управлении продолжительность и требуемая мощность определяется между оператором сети и оператором реактора.Tertiary control mode provides medium and long term power variation. In tertiary control, the duration and required power are determined between the grid operator and the reactor operator.

Первичное управление можно применять параллельно с вторичным и третичным управлением.Primary control can be used in parallel with secondary and tertiary controls.

При третичном управлении увеличение мощности будет осуществляться после времени ожидания в соответствии с соглашением между оператором реактора и оператором электросети. Увеличение мощности зависит от фактической мощности реактора PR, целевой мощности PR и увеличения мощности, называемого также градиентом мощности dPG/dt. Как указано выше, запрос мощности обеспечивается посредством управления генератором для ядерного реактора. Таким образом, градиент мощности dPG/dt, который должен быть обеспечен для электросети, также обеспечивается управлением генератором. В режиме третичного управления это соответствует используемому значению, а в режиме вторичного управления это соответствует максимальному градиенту мощности.In tertiary control, the increase in power will be carried out after a waiting time in accordance with the agreement between the reactor operator and the grid operator. The power increase depends on the actual reactor power P R , the target power P R and the power increase, also called the power gradient dPG/dt. As stated above, the power request is provided by controlling the generator for the nuclear reactor. Thus, the power gradient dPG/dt that must be provided to the mains is also provided by the generator control. In tertiary control mode, this corresponds to the value used, and in secondary control mode, this corresponds to the maximum power gradient.

На фиг. 1 блок-схема включает в себя несколько входных значений, в частности фактическую мощность PR реактора, которую измеряют с помощью датчиков 20, целевую мощность PR 32, которую, например, предоставляет оператор реактора, период 34 ожидания, например, предоставляемый оператором реактора, до увеличения мощности до целевой мощности PR 32, вторичное управление 36 сетью, которое может быть активировано или деактивировано, например, кнопкой 36, первичное управление 38 сетью, которое может быть, например, активировано или деактивировано кнопкой 38, коэффициенты 40 реактивности, которые определяются автоматически, и предиктор воздействия 42 регулирующего заданного значения для активации или деактивации регулировки заданного положения регулирующих стержней на основе общего баланса реактивности.In FIG. 1, the block diagram includes several input values, in particular the actual reactor power P R , which is measured by the sensors 20, the target power P R 32, which, for example, is provided by the reactor operator, the waiting period 34, for example, is provided by the reactor operator, until the power is increased to the target power P R 32, secondary network control 36, which can be activated or deactivated, for example, by button 36, primary network control 38, which can be, for example, activated or deactivated by button 38, reactivity factors 40, which are determined automatically, and a control setpoint impact predictor 42 for activating or deactivating control rod setpoint adjustment based on the overall reactivity balance.

Фактическую мощность PR реактора можно определить и другими способами, например, путем определения мощности электрогенератора.The actual power P R of the reactor can be determined in other ways, for example, by determining the power of the electric generator.

Коэффициенты 40 реактивности получают посредством расчета конструкции активной зоны, который выполняется для каждого цикла топливного элемента. Эти коэффициенты являются переменными в программном обеспечении управления реактором и зависят от равновесной концентрации бора в активной зоне реактора, которая уменьшается в течение всего цикла топливного элемента для компенсации выгорания топлива. Другими словами, коэффициенты реактивности рассчитываются исходя из равновесной концентрации бора в активной зоне реактора. Эти переменные задают через сервисный блок при замене топливных элементов соответственно при плановой остановке реактора. Другими словами, используется характеристическая кривая для определения каждого коэффициента реактивности на основе равновесной концентрации бора ядерного реактора 3. Коэффициенты 40 реактивности медленно изменяются в течение цикла топливного элемента. Равновесная концентрация бора в активной зоне реактора - это концентрация борной кислоты, используемая при работе ядерного реактора 3 на установившейся или постоянной мощности в течение длительного периода времени, в частности, когда концентрация ксенона достигает установившегося значения при полной мощности. Множество используемых коэффициентов реактивности поясняются ниже с помощью фиг. 10. Поскольку коэффициенты 40 реактивности изменяются очень медленно, их можно считать постоянными для расчета баланса реактивности. Другими словами, коэффициенты реактивности являются переменными величинами, которые зависят от "дней с полной нагрузкой" в фактическом цикле топливного элемента (например, 1 год) или связанного с ним параметра (как эталонная концентрация бора в равновесных условиях полной нагрузки), и могут быть заданы как характеристика через интерфейс или служебный модуль управления реактором при замене топливных элементов в соответствии с конструкцией следующей активной зоны.The reactivity coefficients 40 are obtained through a core design calculation that is performed for each fuel cell cycle. These coefficients are variables in the reactor control software and depend on the equilibrium concentration of boron in the reactor core, which decreases during the entire cycle of the fuel cell to compensate for fuel burnup. In other words, the reactivity coefficients are calculated based on the equilibrium concentration of boron in the reactor core. These variables are set through the service block when replacing fuel elements, respectively, during a planned shutdown of the reactor. In other words, a characteristic curve is used to determine each reactivity coefficient based on the equilibrium boron concentration of the nuclear reactor 3. The reactivity coefficients 40 change slowly during a fuel cell cycle. The equilibrium concentration of boron in the reactor core is the concentration of boric acid used when the nuclear reactor 3 is operated at a steady or constant power for a long period of time, in particular when the xenon concentration reaches a steady state value at full power. The set of reactivity coefficients used are explained below with the help of FIG. 10. Since the reactivity coefficients 40 change very slowly, they can be considered constant for calculating the reactivity balance. In other words, the reactivity coefficients are variables that depend on "full load days" in the actual fuel cell cycle (e.g. 1 year) or a related parameter (as a reference boron concentration at full load equilibrium conditions) and can be given as a characteristic through the interface or service reactor control module when replacing fuel elements in accordance with the design of the next core.

Блок-схема на фиг. 1 включает в себя модуль 44 расчета фактических значений, в котором фактические значения концентрации ксенона и йода в ядерном реакторе 3, в частности, в активной зоне ядерного реактора 3, рассчитываются на основе фактической и прошлой мощности PR ядерного реактора 3. Фактическое значение ксенона также обозначено на фиг. 1 как Xe-значение, а фактическое значение йода обозначено как J-значение. В других вариантах, как показано на фиг. 4, вместо концентрации ксенона предоставлена реактивность ксенона ρXe.The block diagram in FIG. 1 includes an actual value calculation module 44 in which the actual xenon and iodine concentration values in the nuclear reactor 3, in particular in the core of the nuclear reactor 3, are calculated based on the actual and past power P R of the nuclear reactor 3. The actual xenon value is also indicated in Fig. 1 as Xe-value, and the actual iodine value is designated as J-value. In other embodiments, as shown in FIG. 4, xenon reactivity ρ Xe is provided instead of xenon concentration.

На фиг. 4 показан расчет фактических значений концентрации ксенона и йода на основе фактической и прошлой мощности PR ядерного реактора. Расчет адаптирован под тип ядерного реактора 3 и загрузку ядерным топливом. Входное значение - это фактическая мощность PR ядерного реактора. Ячейки с обозначениями ГXe, λJ, λXe, BXE, AJ, AXE представляют собой линейные функции с известными параметрами. Ячейки с крестом - это множители. Прошлые значения мощности PR ядерного реактора 3 учитывает интегратор 45а с учетом концентрации йода. Другими словами, интегратор получает фактическое значение концентрации йода путем интегрирования разницы между получением йода и распадом йода. Распад ксенона и потери ксенона из-за поглощения нейтронов вычитаются из суммы ксенона, непосредственно полученного, и ксенона от распада йода. Интегратор 45b вычисляет фактическое значение концентрации ксенона по градиенту концентрации ксенона. В варианте, показанном на фиг. 4, при расчете с использованием ГXe получают фактическое значение реактивности ксенона ρXe. Например, значение реактивности ксенона указывается в единицах pcm - миллионных процентах.In FIG. 4 shows the calculation of the actual xenon and iodine concentrations based on the actual and past power P R of the nuclear reactor. The calculation is adapted to the type of nuclear reactor 3 and nuclear fuel loading. The input value is the actual power P R of the nuclear reactor. Cells with designations Г Xe , λ J , λ Xe , BXE, A J , AXE are linear functions with known parameters. Cells with a cross are multipliers. The past power values P R of the nuclear reactor 3 are taken into account by the integrator 45a, taking into account the concentration of iodine. In other words, the integrator obtains the actual iodine concentration by integrating the difference between iodine production and iodine breakdown. The decay of xenon and the loss of xenon due to neutron absorption are subtracted from the sum of xenon directly produced and xenon from iodine decay. The integrator 45b calculates the actual xenon concentration value from the xenon concentration gradient. In the embodiment shown in FIG. 4, when calculated using G Xe, the actual xenon reactivity ρ Xe is obtained. For example, the value of xenon reactivity is indicated in units of pcm - millionths of a percent.

Блок-схема на фиг. 1 также включает в себя модуль 46 прогнозирования. Модуль прогнозирования выполняет циклическое прогнозирование концентрации ксенона и, в частности, йода, в ядерном реакторе 3, в частности в активной зоне ядерного реактора 3.The block diagram in FIG. 1 also includes a prediction module 46 . The prediction module performs cyclic prediction of the concentration of xenon, and in particular iodine, in the nuclear reactor 3, in particular in the core of the nuclear reactor 3.

Модуль 46 прогнозирования прогнозирует концентрацию ксенона для периода ожидания, в частности, для конца оставшегося периода ожидания и конца периода увеличения мощности. Для этого модуль прогнозирования получает фактические значения концентрации ксенона и йода от модуля 44 расчета фактических значений, время Δtramp up, необходимое для увеличения мощности, и заданные значения мощности реактора PR для периода ожидания и периода увеличения мощности от модуля 48 управления.The prediction module 46 predicts the xenon concentration for the sleep period, in particular for the end of the remaining sleep period and the end of the power increase period. For this, the prediction module receives the actual xenon and iodine concentration values from the actual value calculation module 44, the time Δt ramp up required to increase the power, and the reactor power setpoints P R for the waiting period and the power increase period from the control module 48.

Модуль 48 управления выдает все необходимые значения для прогнозирования ксенона на основе введенного значения целевой мощности PR, на основе того, должен ли ядерный реактор 3 работать в режиме вторичного управления (получает от модуля 36), оставшегося периода ожидания и фактической мощности PR ядерного реактора 3.The control module 48 outputs all the necessary values for predicting xenon based on the input value of the target power P R , based on whether the nuclear reactor 3 should operate in the secondary control mode (obtained from the module 36), the remaining waiting period and the actual power P R of the nuclear reactor 3.

Функционирование модуля 46 прогнозирования поясняется относительно фиг. 3 и 5. Модуль 46 прогнозирования итеративным образом вычисляет концентрацию ксенона и, таким образом, реактивность ксенона. В варианте осуществления изобретения, кроме того также рассчитываются значения концентрации йода. Ячейки с обозначениями ГXe, λJ, λXe, BXE, AJ, AXE представляют собой линейные функции с известными параметрами. Ячейки с крестом - это множители. Для учета зависимости концентрации йода от времени используется интегратор 48а. Другими словами, интегратор получает значение концентрации йода путем интегрирования разницы между получением йода и распадом йода. Распад ксенона и потери ксенона из-за поглощения нейтронов вычитают из суммы непосредственно полученного ксенона и ксенона от распада йода. Интегратор 48b вычисляет фактическое значение концентрации реактивности ксенона ρXe из градиента концентрации ксенона dXe/dt. Для запуска прогнозирования фактическое значение концентрации ксенона и фактическое значение концентрации йода считывается один раз в начале операции прогнозирования. Модуль 48с запускает каждый этап вычисления с определенным приращением времени, как это будет объяснено ниже. С использованием ГXe при расчете получают прогнозные значения реактивности ρXe ксенона для конца периода ожидания или конца увеличения мощности, как это также будет объяснено ниже. В соответствии с вариантами осуществления изобретения окончание периода ожидания соответствует началу линейного увеличения мощности.The operation of the prediction unit 46 will be explained with respect to FIG. 3 and 5. The prediction module 46 iteratively calculates the xenon concentration and thus the xenon reactivity. In an embodiment of the invention, the iodine concentration values are also calculated. Cells with designations Г Xe , λ J , λ Xe , BXE, A J , AXE are linear functions with known parameters. Cells with a cross are multipliers. An integrator 48a is used to take into account the dependence of the iodine concentration on time. In other words, the integrator obtains the iodine concentration value by integrating the difference between iodine production and iodine breakdown. Xenon decay and xenon losses due to neutron absorption are subtracted from the sum of xenon directly produced and xenon from iodine decay. The integrator 48b calculates the actual xenon reactivity concentration ρ Xe from the xenon concentration gradient dXe/dt. To start prediction, the xenon concentration actual value and the iodine concentration actual value are read once at the beginning of the prediction operation. Module 48c starts each step of the calculation with a certain increment of time, as will be explained below. Using G Xe in the calculation, predicted values of xenon reactivity ρ Xe for the end of the waiting period or the end of the power increase are obtained, as will also be explained below. According to embodiments of the invention, the end of the sleep period corresponds to the start of the power ramp.

(Оставшийся) период ожидания и период увеличения мощности разделены для расчетов на предварительно заданное количество этапов. В соответствии с примером используют от 50 до 500 этапов, в частности от 100 до 300. В показанном варианте осуществления вычисляют 200 этапов соответственно для периода ожидания и увеличения мощности. Это означает, что для периода ожидания и периода увеличения мощности временной интервал приращения Delta T или Δtincrement между двумя последовательными этапами расчета может быть разным, например, период увеличения мощности может быть существенно короче, чем период ожидания. Например, поскольку концентрация ксенона и/или реактивность ксенона в течение периода ожидания после достижения своего максимума всегда имеют тенденцию к достижению равновесного состояния, можно использовать фиксированное количество этапов расчета, несмотря на продолжительность периода ожидания, например 40 часов или 100 часов и более.The (remaining) waiting period and the power increase period are divided into a predetermined number of steps for calculation. According to the example, 50 to 500 stages are used, in particular 100 to 300. In the embodiment shown, 200 stages are calculated respectively for the sleep period and the power increase. This means that for the waiting period and the power increase period, the time interval for the increment of Delta T or Δt increment between two successive calculation steps can be different, for example, the power increase period can be significantly shorter than the waiting period. For example, since the xenon concentration and/or xenon reactivity always tends to reach equilibrium during the waiting period after reaching its maximum, a fixed number of calculation steps can be used regardless of the length of the waiting period, for example 40 hours or 100 hours or more.

Если период ожидания равен нулю, например, когда ядерный реактор 3 работает во вторичном режиме, см. ниже, то рассчитывают только прогноз для периода увеличения мощности. В целях расчета модуль 46 прогнозирования сохраняет рассчитанную предсказанную концентрацию ксенона, значения реактивности ксенона и/или значения концентрации йода в соответствующей памяти. Например, значение концентрации ксенона и/или реактивность ксенона ρXe сохраняют в течение периода ожидания (см. точку A на фиг. 3) и после периода увеличения мощности (см. точку B) на фиг. 3. Приращение Δtincrement на фиг. 5 соответствует Δtramp up и Δtwaiting period на фиг. 1.If the waiting period is zero, for example, when the nuclear reactor 3 is operating in the secondary mode, see below, then only the forecast for the power increase period is calculated. For calculation purposes, the prediction module 46 stores the calculated predicted xenon concentration, xenon reactivity values and/or iodine concentration values in an appropriate memory. For example, the xenon concentration value and/or xenon reactivity ρ Xe is maintained during the sleep period (see point A in FIG. 3) and after the power up period (see point B) in FIG. 3. The increment Δt increment in FIG. 5 corresponds to Δt ramp up and Δt waiting period in FIG. 1.

Следует отметить, что прогноз на период ожидания выполняют только в том случае, если ядерный реактор должен работать в режиме третичного управления, а не во вторичном режиме управления (или работать с отслеживанием нагрузки, как отмечено на чертежах символом N-SR).It should be noted that the standby prediction is only made if the nuclear reactor is to operate in tertiary control mode and not in secondary control mode (or operate in load tracking as indicated by N-SR in the drawings).

Фактическую концентрацию йода и фактическую концентрацию ксенона или значения реактивности считывают соответственно для начала периода ожидания для расчета, если имеет место период ожидания, или для начала увеличения мощности (в случае отсутствия периода ожидания или когда период ожидания истек).The actual iodine concentration and the actual xenon concentration or reactivity values are read respectively for the start of the waiting period for calculation if there is a waiting period, or for starting the increase in power (in the case of no waiting period or when the waiting period has expired).

Следует отметить, что период ожидания уменьшается с течением времени, т.е. начало для расчета сдвигается каждый раз, когда модуль 46 прогнозирования снова запускают с полным расчетом концентрации ксенона, реактивности ксенона и/или концентрации йода.It should be noted that the waiting period decreases over time, i.e. the start for the calculation is shifted each time the prediction module 46 is run again with a complete calculation of the xenon concentration, xenon reactivity and/or iodine concentration.

Исходя из установленного значения мощности реактора PR для периода ожидания и периода увеличения мощности, сохраняют реактивность ксенона ρXe или концентрацию ксенона, в частности, после периода ожидания (точка А на фиг. 3 и 5) и после периода увеличения мощности (точка B на фиг. 3 и 5).Based on the set value of the reactor power P R for the waiting period and the power increase period, the xenon reactivity ρ Xe or the xenon concentration is maintained, in particular after the waiting period (point A in Fig. 3 and 5) and after the power increase period (point B on Fig. 3 and 5).

Концентрацию ксенона или реактивность ксенона ρXe после периода увеличения мощности (точка B) и концентрацию ксенона или реактивность ксенона до периода увеличения мощности или начала увеличения мощности (точка A; либо в конце периода ожидания для третичного режима управления, либо фактическая концентрация ксенона для вторичного режима управления) используют для определения модулем 46 прогнозирования изменения концентрации ксенона и/или изменения реактивности ксенона ΔρXe во время периода увеличения мощности.The xenon concentration or xenon reactivity ρ Xe after the power increase period (point B) and the xenon concentration or xenon reactivity before the power increase period or the start of the power increase (point A; either at the end of the waiting period for the tertiary control mode, or the actual xenon concentration for the secondary mode control) is used to determine by the prediction module 46 the change in xenon concentration and/or the change in xenon reactivity Δρ Xe during the power increase period.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения модуль 46 прогнозирования также вычисляет концентрацию йода для периода ожидания и/или периода увеличения мощности, в частности, в конце периода ожидания.According to embodiments of the invention, prediction module 46 also calculates the iodine concentration for the sleep period and/or the power increase period, in particular at the end of the sleep period.

Модуль 44 вычисления фактического значения и модуль 46 прогнозирования и модуль 48 управления образуют вместе тандемный модуль 50, который работает автоматически и в режиме реального времени в цифровой системе управления реактором. Например, и модуль 44 вычисления фактического значения, и модуль 46 прогнозирования соответственно вычисляют предсказанные значения реактивности и/или концентрации ксенона каждые 50 миллисекунд. Новый прогноз модуля 46 прогнозирования основан на соответственно обновленных фактических значениях концентрации ксенона и йода. Время для расчета реактивности ксенона для каждого, то есть для периода ожидания и периода увеличения мощности, занимает соответственно около 10 секунд на основе 200 этапов расчета. Это означает, что 20 секунд полностью относятся к третичному управлению и только 10 секунд относятся к стохастическому вторичному управлению, где желательны более быстрые результаты вычислений. Точность этого метода обсуждается ниже.The actual value calculation module 44 and the prediction module 46 and the control module 48 together form a tandem module 50 which operates automatically and in real time in a digital reactor control system. For example, both actual value calculation module 44 and prediction module 46 respectively calculate predicted reactivity and/or xenon concentration values every 50 milliseconds. The new prediction of the prediction module 46 is based on the respectively updated actual xenon and iodine concentration values. The time to calculate the xenon reactivity for each, i.e. the standby period and the power increase period, takes about 10 seconds, respectively, based on 200 calculation steps. This means that 20 seconds is fully tertiary control and only 10 seconds is stochastic secondary control where faster computational results are desired. The accuracy of this method is discussed below.

Значения прогноза позволяют рассчитать поддержку реактивности ксенона ρXe во время фазы увеличения мощности. Следует отметить, что реактивность ксенона и/или концентрация ксенона зависят только от мощности ядерного реактора и ее изменения во времени. Этот прогноз реактивности или концентрации ксенона является лишь частью всего баланса реактивности, который необходим для определения оптимального положения регулирующих стержней 16 перед следующим набором мощности.The prediction values allow calculation of xenon reactivity support ρ Xe during the power up phase. It should be noted that xenon reactivity and/or xenon concentration depend only on the power of the nuclear reactor and its change over time. This reactivity or xenon concentration prediction is only part of the total reactivity balance that is needed to determine the optimal position of the control rods 16 before the next power up.

Прогнозируемое изменение реактивности ксенона ΔρXe во время увеличения мощности из модуля 46 прогнозирования передают в модуль 52 баланса реактивности, который дополнительно учитывает ту часть общего баланса реактивности, которая основана на коэффициентах реактивности, предоставленных модулем 40 коэффициентов реактивности. В частности, один или несколько из следующих эффектов реактивности, помимо ксенона, также учитывают для расчета предварительно заданного положения регулирующего стержня для начала увеличения мощности или в начале увеличения мощности и/или общего баланса реактивности. В частности, в соответствии с фиг. 10 визуализируют баланс реактивности для оператора реактора.The predicted change in xenon reactivity Δρ Xe during power increase from the prediction module 46 is passed to the reactivity balance module 52, which additionally takes into account that part of the total reactivity balance that is based on the reactivity coefficients provided by the reactivity coefficient module 40. In particular, one or more of the following reactivity effects, in addition to xenon, are also taken into account to calculate the predetermined control rod position for the start of the power increase or at the start of the power increase and/or the overall reactivity balance. In particular, according to FIG. 10 visualize the reactivity balance for the reactor operator.

(Суммарный) баланс реактивности адаптирован для определения на основе значений реактивности оптимального положения регулирующих стержней 16, чтобы ядерный реактор мог выйти на заданную мощность PR в любой момент или после периода ожидания с использованием регулирующих стержней 16. Это оптимальное положение регулирующих стержней в настоящей заявке также можно назвать заданным положением регулирующего стержня для начала увеличения мощности.The (total) reactivity balance is adapted to determine, based on the reactivity values, the optimal position of the control rods 16 so that the nuclear reactor can reach a given power P R at any time or after a waiting period using the control rods 16. This optimal position of the control rods in the present application is also can be called the preset position of the control rod to start increasing the power.

Затем положение регулирующего стержня может быть предоставлено для регулировки 54 заданного положения регулирующих стержней. На фиг. 10 целевая мощность PR установлена на уровне 100% от полной нагрузки, что является максимально допустимой мощностью ядерного реактора 3. Для этого полная реактивность (Σρ на фиг. 10) с учетом также прогнозируемого изменения реактивности ксенона ΔρXe во время увеличения мощности в оптимальном случае должна быть равна нулю.The position of the control rod can then be provided to adjust 54 the predetermined position of the control rods. In FIG. 10, the target power P R is set at 100% of full load, which is the maximum allowable power of the nuclear reactor 3. To do this, the total reactivity (Σρ in Fig. 10) taking into account also the predicted change in xenon reactivity Δρ Xe during power increase in the optimal case should be equal to zero.

Потенциальная реактивность ρD (возможное увеличение реактивности за счет подъема D-стержней или регулирующих стержней 16 (ΔD). Потенциал реактивности можно рассчитать на основе эффективности ΓDM регулирующих стержней, которая представляет собой коэффициент реактивности, обеспечиваемый модулем 40 коэффициента реактивности, и фактической глубины их введения (ΔD) ниже нижнего конца L-стержней; эффективность ΓDM усредняют по отношению к различной эффективности в зависимости от глубины введения. Потенциал реактивности ρD рассчитывают путем умножения эффективности ΓDM на фактическую глубину введения (ΔD), и он соответствует потенциалу реактивности при подъеме регулирующих стержней или D-стержней до нижнего конца L-стержней.Potential reactivity ρ D (possible increase in reactivity due to the rise of the D-rods or control rods 16 (ΔD). The reactivity potential can be calculated based on the efficiency Γ DM of the control rods, which is the reactivity factor provided by the reactivity factor module 40, and the actual depth of their insertion depth (ΔD) below the lower end of the L-rods, the efficiency Γ DM is averaged over the different efficiencies depending on the depth of insertion The reactivity potential ρ D is calculated by multiplying the efficiency Γ DM by the actual insertion depth (ΔD) and corresponds to the reactivity potential at lift the control rods or D-rods to the lower end of the L-rods.

Регулирующие стержни или D-стержни должны быть подняты до их стационарного положения полной мощности (ядерного реактора) (в данном случае примерно на 45 см ниже L-стержней в качестве запаса управляемости), что указано на фиг. 10 как значение VFA. Это снизит возможное увеличение реактивности на значение реактивности ρVFA. Стационарное положение полной мощности опционально используют для обеспечения возможности подъема регулирующих стержней даже при полной мощности для регулирования небольших колебаний мощности. Реактивность ρVFA запаса управляемости регулирующих стержней при полной нагрузке рассматривают отдельно с коэффициентом реактивности на этой глубине ΓD введения. Потенциал реактивности ρVFA рассчитывают путем умножения эффективности ΓD на заданное расстояние полной нагрузки до набора L-стержней, в частности до нижнего конца L-стержней. Здесь эффективность ΓD, которая является коэффициентом реактивности, предоставляет модуль 40 коэффициента реактивности.The control rods or D-rods must be raised to their stationary full power (nuclear reactor) position (in this case about 45 cm below the L-rods as a control margin) as shown in FIG. 10 as VFA value. This will reduce the possible increase in reactivity by the reactivity value ρVFA. The full power stationary position is optionally used to allow the control rods to be raised even at full power to control small fluctuations in power. Reactivity ρVFA control rod control margin at full load is considered separately with the reactivity factor at this depth ΓD introductions. Reactivity potential ρVFA calculated by multiplying the efficiency ΓD a predetermined full load distance to the set of L-bars, in particular to the lower end of the L-bars. Here the efficiency ΓD, which is the reactivity factor, provides the module 40 of the reactivity factor.

Еще одним потенциальным значением реактивности может быть реактивность ρL L-стержней из-за фактической глубины введения L-стержней (ΔL) ниже их стационарного положения полной мощности. Соответствующий коэффициент реактивности (ΓL), который соответствует эффективности L-стержней, предоставляет модуль 40 коэффициента реактивности. Перемещение L-стержней в основном необходимо для противодействия пиковой тенденции осевого распределения мощности при частичной нагрузке. Потенциал реактивности ρL рассчитывают путем умножения эффективности ΓL на фактическую глубину введения ∆L.Another potential reactivity value could be the reactivity ρ L of the L rods due to the actual insertion depth of the L rods (ΔL) below their full power stationary position. The corresponding reactivity factor (Γ L ), which corresponds to the efficiency of the L rods, is provided by the reactivity factor modulus 40 . The movement of the L-rods is mainly necessary to counteract the peak tendency of the axial power distribution at partial load. The reactivity potential ρ L is calculated by multiplying the efficiency Γ L by the actual insertion depth ∆L.

Другим значением является реактивность ρP за счет будущего увеличения мощности реактора до целевой мощности PR (ΔP) с его коэффициентом реактивности (ΓP), который предоставляет модуль 40 коэффициента реактивности. Another value is the reactivity ρ P due to the future increase in reactor power to the target power P R (ΔP) with its reactivity factor (Γ P ) which provides the reactivity factor module 40.

Реактивность ρAСТ обусловлена отличием средней температуры теплоносителя (ACT) первичного контура 5 от эталонной температуры при полной нагрузке (ΔACT; в данном примере приблизительно 310°C при полной нагрузке) с его коэффициентом реактивности ΓT, который представляет модуль 40 коэффициента реактивности.The reactivity ρ AST is due to the difference in the average coolant temperature (ACT) of the primary circuit 5 from the reference temperature at full load (ΔACT; in this example approximately 310° C. at full load) with its reactivity coefficient Γ T , which represents the module 40 of the reactivity coefficient.

В соответствии с вариантом осуществления, баланс реактивности также может учитывать влияние реактивности ρCVCS, вызванное эффектами времени простоя впрыска BODE посредством системы регулирования объема химикатов CVCS, определяемыми моделированием времени простоя в сочетании с соответствующим коэффициентом реактивности концентрации бора ΓC. В этом примере коэффициент реактивности концентрации бора ΓС также предоставляет модуль 40 коэффициента реактивности.According to an embodiment, the reactivity balance may also take into account the effect of CVCS reactivity ρ caused by the effects of BODE injection idling time by the CVCS chemical volume control system determined by the idling time simulation in combination with the corresponding boron concentration reactivity factor Γ C . In this example, the boron concentration reactivity factor Γ C also provides the reactivity factor modulus 40 .

Чтобы иметь возможность выйти на целевую мощность PR, используя, в частности, регулирующие стержни или D-стержни 16, сумма Σρ=ρVFADLPACTXeCVCS всех рассматриваемых значений реактивности должна быть равна нулю. Значений реактивности может быть даже больше или меньше для вычисления суммы реактивностей, баланса реактивности, оптимального положения регулирующих стержней и/или предварительно заданного положения регулирующих стержней для начала увеличения мощности. При целевой мощности PR, т.е. после увеличения мощности, она также должна быть равна нулю. Таким образом, определяют оптимальное положение регулирующих стержней 16 для увеличения мощности и используют для расчета баланса реактивности. Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления оптимальное положение регулирующего стержня или предварительно заданное положение регулирующего стержня для начала увеличения мощности рассчитывают на основе общей (прогнозируемой) реактивности.In order to be able to reach the target power P R , using in particular control rods or D-rods 16, the sum Σρ=ρ VFADLPACTXeCVCS of all considered reactivity values should be equal to zero. The reactivity values may even be higher or lower to calculate the sum of the reactivity, the balance of reactivity, the optimum position of the control rods and/or the preset position of the control rods to start the increase in power. At the target power P R , i.e. after increasing the power, it should also be equal to zero. In this way, the optimum position of the control rods 16 for power increase is determined and used to calculate the reactivity balance. Thus, according to embodiments, the optimal control rod position or predetermined control rod position to start power increase is calculated based on the overall (predicted) reactivity.

Если имеется какое-либо отклонение, например, как показано на фиг. 10 с Σρ=56 pcm, когда регулирующие стержни не находятся в оптимальном положении для увеличения мощности и, в частности, предусмотрены для регулировки 54 заданного положения регулирующих стержней, то величину необходимого впрыска BODE вычисляют на основе коэффициента реактивности концентрации бора ΓC и линеаризованных (упрощенных) уравнений смеси (см. ниже) в отношении суммы массы первичного контура вместе с CVCS для определения количества BODE в кг и/или кг/с (по желанию оператора). В качестве входных данных для уравнения смеси, относящегося к борной кислоте, необходимы концентрация бора в резервуарах для хранения борной кислоты cB. Уравнения смеси следующие:If there is any deviation, for example as shown in FIG. 10 with Σρ=56 pcm, when the control rods are not in the optimum position for power increase and in particular are provided for adjusting the target position of the control rods 54, then the amount of required BODE injection is calculated based on the boron concentration reactivity coefficient Γ C and linearized (simplified ) mixture equations (see below) in relation to the sum of the mass of the primary circuit together with CVCS to determine the amount of BODE in kg and/or kg/s (at the request of the operator). The boron concentration in the boric acid storage tanks, c B , is required as input to the boric acid mixture equation. The mixture equations are as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

где QB - величина массы впрыскиваемой борной кислоты, QD - величина массы деионизированной воды, c - концентрация борной кислоты в первичной охлаждающей жидкости, Δc - изменение концентрации борной кислоты в первичной охлаждающей жидкости, cB - концентрация борной кислоты в закачиваемой борной кислоте, cD - концентрация борной кислоты в закачиваемой деионизированной воде, а M - масса первичной охлаждающей жидкости вместе с системой контроля объема химикатов CVCS. Например, концентрация борной кислоты в закачиваемой борной кислоте составляет около 7000 ppm (частей на миллион), а концентрация борной кислоты в закачиваемой деионизированной воде составляет менее 1000 ppm (частей на миллион). Например, масса М составляет около 300 т при 310°С.where Q B is the value of the mass of injected boric acid, Q D is the value of the mass of deionized water, c is the concentration of boric acid in the primary coolant, Δc is the change in the concentration of boric acid in the primary coolant, c B is the concentration of boric acid in the injected boric acid, c D is the concentration of boric acid in the injected deionized water, and M is the mass of the primary coolant along with the CVCS chemical volume control system. For example, the concentration of boric acid in the boric acid injected is about 7000 ppm (parts per million) and the concentration of boric acid in the deionized water injected is less than 1000 ppm (parts per million). For example, the mass M is about 300 tons at 310°C.

Как правило, коэффициенты реактивности модуля 40 коэффициентов реактивности не имеют эффектов временной задержки или сильно зависят от времени. Коэффициенты реактивности в модуле 40 коэффициентов реактивности не включают в себя коэффициенты для коэффициента реактивности ксенона.Typically, the reactance coefficients of the reactance module 40 have no time delay effects or are highly dependent on time. The reactivity coefficients in the reactivity coefficient module 40 do not include coefficients for the xenon reactivity coefficient.

В соответствии с вариантами осуществления, когда ядерный реактор работает в третичном режиме управления, исходя из приведенных выше соображений и коэффициентов, вычисляют критерий времени, в частности, с помощью модуля 52 баланса реактивности, который определяет время до увеличения мощности, которое необходимо для приведения регулирующих стержней 16 в заданное положение регулирующих стержней для начала увеличения мощности, который необходим для увеличения целевого значения мощности, например, с помощью впрыска борной кислоты или деионизированной воды. Например, для этой цели при расчете времени достижения заданного положения регулирующих стержней для начала увеличения мощности учитывают не только заданное положение регулирующего стержня для начала увеличения мощности, но также фактическое положение регулирующего стержня и смесь первичной охлаждающей жидкости на основе одного или нескольких из приведенных выше уравнений (1)-(4). Если временной критерий достигнут, модуль 52 баланса реактивности приспособлен для информирования модуля 56 плавающего режима/ELPO о том, что плавающий режим или режим ELPO, которые далее называют вторым и третьим подрежимами, должны быть прекращены. Временной критерий зависит, в частности, от коэффициентов реактивности, предоставляемых модулем 40 коэффициентов реактивности, и/или от фактической настройки регулирующих стержней 16. В некоторых вариантах добавляют некоторое дополнительное время, чтобы иметь запас безопасности.In accordance with embodiments, when the nuclear reactor is operating in the tertiary control mode, based on the above considerations and factors, a time criterion is calculated, in particular using the reactivity balance module 52, which determines the time until the increase in power that is necessary to bring the control rods 16 to the predetermined position of the control rods to initiate the power increase required to increase the power target, for example by injecting boric acid or deionized water. For example, for this purpose, when calculating the time to reach the target position of the control rods to start the increase in power, not only the target position of the control rod to start the increase in power is taken into account, but also the actual position of the control rod and the primary coolant mixture based on one or more of the above equations ( 1)-(4). If the time criterion is reached, the reactivity balance module 52 is adapted to inform the float/ELPO module 56 that the float or ELPO mode, hereinafter referred to as the second and third submodes, should be terminated. The time criterion depends in part on the reactivity factors provided by the reactivity factor module 40 and/or on the actual setting of the control rods 16. Some embodiments add some extra time to have a safety margin.

С учетом выбранных режимов работы сети автоматически используют следующие стратегии и адаптации:Given the selected network operation modes, the following strategies and adaptations are automatically used:

Если выбран вторичный режим управления, например, если кнопка 36 активирована, что означает, что время ожидания должно быть равно нулю (N-SR включен; время ожидания равно нулю), то ядерный реактор должен выйти на целевую мощность PR в любой момент, который невозможно предсказать. Для этого регулирующие стержни 16 должны быть отрегулированы таким образом, чтобы целевая мощность PR могла быть достигнута за счет перемещения стержня 16 в любой момент времени. Это делают для прогнозирования реактивности ксенона при наборе мощности, в частности, в начале и конце во время увеличения мощности, чтобы знать, какая доля реактивности ксенона поддерживает набор мощности при выбранном максимальном градиенте мощности dPG/dt.If the secondary control mode is selected, for example, if button 36 is activated, which means that the waiting time should be zero (N-SR on; waiting time is zero), then the nuclear reactor should reach the target power P R at any time, which impossible to predict. To do this, the control rods 16 must be adjusted so that the target power P R can be achieved by moving the rod 16 at any time. This is done to predict the xenon reactivity during power up, in particular at the beginning and end of power up, to know what proportion of xenon reactivity supports power up at the selected maximum power gradient dPG/dt.

В режиме вторичного управления достижение заданной мощности является преобладающим по сравнению с минимизацией добавления борной кислоты и/или деионизированной воды. Например, накопление ксенона до максимума ксенона при частичной нагрузке должно быть компенсировано впрыском деионизированной воды после впрыска борной кислоты, как показано на фиг. 6. Впрыск борной кислоты и деионизированной воды осуществляют, в частности, автоматически стандартным модулем 58 управления реактором, который удерживает регулирующие стержни 16 в заданных точках или положениях, предусмотренных модулем 54 регулирования заданного положения регулирующих стержней, что обеспечивают модулем 52 баланса реактивности. Другими словами, оптимальное положение регулирующего стержня или заданное положение регулирующего стержня для начала увеличения мощности напрямую используют в качестве заданного значения модулем 54 регулировки заданного положения регулирующих стержней. В режиме вторичного управления нет необходимости рассчитывать прогноз реактивности ксенона на период ожидания. На фиг. 6 показаны графики для вторичного режима и первого подрежима третичного режима. В отношении впрыска деионизированной воды и положения регулирующего стержня 16 вторичный режим показан сплошными толстыми линиями 60а, 60b. Другие кривые или графики в этом особом случае одинаковы для вторичного режима и первого подрежима третичного режима, обсуждаемого ниже. На графике 60b показаны заданные положения регулирующих стержней 16 и их фактическое значение. На фиг. 6 из-за масштабирования нельзя различить заданное положение и фактическое значение положения регулирующих стержней или D-стержней 16.In the secondary control mode, achieving the set power is predominant compared to minimizing the addition of boric acid and/or deionized water. For example, the accumulation of xenon to the xenon maximum at partial load must be compensated by the injection of deionized water after the injection of boric acid, as shown in FIG. 6. The injection of boric acid and deionized water is carried out, in particular, automatically by the standard reactor control module 58, which holds the control rods 16 at the given points or positions provided by the control rod set point adjustment module 54, which is provided by the reactivity balance module 52. In other words, the optimal position of the control rod or the target position of the control rod to start the power increase is directly used as the set value by the control rod target position adjustment module 54 . In the secondary control mode, there is no need to calculate the xenon reactivity prediction for the waiting period. In FIG. 6 shows graphs for the secondary mode and the first sub-mode of the tertiary mode. With respect to the injection of deionized water and the position of the control rod 16, the secondary mode is shown in solid thick lines 60a, 60b. Other curves or graphs in this special case are the same for the secondary mode and the first sub-mode of the tertiary mode, discussed below. Graph 60b shows the set positions of the control rods 16 and their actual value. In FIG. 6 due to scaling, it is not possible to distinguish between the set position and the actual value of the position of the control rods or D-rods 16.

Обычно регулирующие стержни 16 (D-сборку или набор D-стержней) после опускания для снижения мощности ядерного реактора 3 непрерывно понемногу поднимают в течение периода ожидания до максимума ксенона в соответствии с вычисленным с помощью модуля 52 баланса реактивности заданным значением, потому что поддержка реактивности ксенона для увеличения мощности увеличивается за счет повышенного эффекта выгорания ксенона.Usually, the control rods 16 (D-assembly or D-rod set) after being lowered to reduce the power of the nuclear reactor 3 are continuously gradually raised during the waiting period to the xenon maximum in accordance with the setpoint calculated by the reactivity balance module 52, because the xenon reactivity support to increase power increases due to the increased xenon burn-in effect.

В соответствии с вариантами осуществления третичный режим управления детектируют по наступлению периода ожидания, в течение которого ядерный реактор работает с частичной нагрузкой, так что, например, становится возможной дополнительная минимизация впрыска BODE.According to embodiments, the tertiary control mode is detected upon the occurrence of a sleep period during which the nuclear reactor is operated at partial load, such that further minimization of BODE injection becomes possible, for example.

В зависимости от периода ожидания ядерным реактором могут управлять в одном или нескольких, в частности в трех различных подрежимах. Начало периода ожидания определяют как время, когда мощность снижается до частичной мощности. Например, частичная мощность может составлять от 30% до 90% от максимальной мощности ядерного реактора. Ниже подробно описаны эти три различных режима.Depending on the waiting period, the nuclear reactor can be operated in one or more, in particular three different sub-modes. The start of the sleep period is defined as the time when the power is reduced to partial power. For example, partial power may be between 30% and 90% of the maximum power of a nuclear reactor. These three different modes are described in detail below.

Когда мощность снижается, модуль 56 плавающего режима/ELPO автоматически запоминает в зависимости от скорректированного времени ожидания, какой подрежим используют.When the power is reduced, the float/ELPO module 56 automatically remembers, depending on the adjusted latency, which submode is used.

В соответствии с вариантами осуществления управление заданными значениями во время плавающего режима или ELPO имеет преимущество перед управлением заданным значением, полученным от модуля 52 баланса реактивности. Например, если модуль 56 плавающего режима/ELPO предоставляет информацию модулю 54 регулировки заданных положений регулирующих стержней, независимо от того, используют ли плавающий режим или режим ELPO, это отменяет заданные положения, предоставленные модулем 52 баланса реактивности. Другими словами, в зависимости от скорректированного времени ожидания модуль 56 плавающего режима/ELPO предоставляет информацию модулю 54 регулирования заданного положения регулирующих стержней независимо от того, используют ли плавающий режим или режим ELPO. Тогда модуль регулирования заданного положения регулирующих стержней игнорирует заданные значения, предоставленные модулем 52 баланса реактивности.According to embodiments, setpoint control during float or ELPO takes precedence over setpoint control received from reactivity balance module 52 . For example, if the float/ELPO module 56 provides information to the control rod target position adjustment module 54, regardless of whether the float or ELPO mode is used, this overrides the target positions provided by the reactivity balance module 52. In other words, depending on the adjusted latency, the float/ELPO module 56 provides information to the control rod setpoint adjustment module 54 regardless of whether the float or ELPO mode is used. The control rod set point adjustment module then ignores the set values provided by the reactivity balance module 52 .

Например, в случае периода ожидания tPL, который соответствует времени частичной нагрузки или продолжительности фазы частичной нагрузки, при частичной нагрузке в течение времени меньше предварительно заданного времени, используют первый подрежим. Первое предварительно заданное время связано со временем достижения максимальной концентрации ксенона. Это означает, что можно ожидать только потери реактивности ксенона за этот период времени, равный примерно 8 часам. В некоторых вариантах осуществления первое предварительно заданное время составляет, например, 2 часа после максимума ксенона или 30% времени ожидания до максимума ксенона после максимума ксенона. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 6, заданные положения 61 регулирующих стержней (тонкая линия) определяют таким образом, чтобы целевая мощность PR могла быть достигнута после времени ожидания. Здесь заданное положение 61а соответствует прогнозируемому положению регулирующих стержней, которое позволяет достичь заданной мощности после увеличения мощности. Снижение реактивности из-за концентрации ксенона компенсируют добавлением деионизированной воды посредством модуля 58 управления реактором, как и в режиме вторичного управления. Первая и вторая линии показывают фазы, на которых борную кислоту и деионизированную воду добавляют в первичный контур. По сравнению со вторичным режимом впрыск деионизированной воды начинают несколько позже, как в приведенном выше примере вторичного режима управления, см. тонкую линию 63а, поскольку регулирующие стержни 16 (комплект D-стержней) должны быть извлечены - компенсация наращивания ксенона - чтобы достичь их заданного положения для увеличения мощности, см. пунктирную линию 63b, которая достигает заданного положения регулирующих стержней 61a. Впрыск борной кислоты блокируют сигналом накопления ксенона в стандартном модуле 58 управления реактором. Принимая во внимание период ожидания, это заданное положение регулирующих стержней 16, таким образом, учитывает поддержку реактивности ксенона для увеличения максимума ксенона из-за повышенного эффекта выгорания с начала периода ожидания. Остальные кривые первого подрежима третичного режима управления соответствуют кривым вторичного режима управления на фиг. 2, т.е. при снижении мощности фактическое положение регулирующего стержня соответствует жирной линии.For example, in the case of a waiting period t PL , which corresponds to the partial load time or the duration of the partial load phase, at partial load for a time less than a predetermined time, the first submode is used. The first preset time is related to the time to reach the maximum xenon concentration. This means that only loss of xenon reactivity can be expected over this time period of approximately 8 hours. In some embodiments, the first predetermined time is, for example, 2 hours after xenon maximum or 30% of the waiting time to xenon maximum after xenon maximum. According to the embodiment shown in FIG. 6, the preset positions of the control rods 61 (thin line) are determined so that the target power P R can be reached after the waiting time. Here, the predetermined position 61a corresponds to the predicted position of the control rods, which allows the predetermined power to be reached after the power is increased. The decrease in reactivity due to the concentration of xenon is compensated by adding deionized water via the reactor control module 58, as in the secondary control mode. The first and second lines show the phases in which boric acid and deionized water are added to the primary circuit. Compared to the secondary mode, the injection of deionized water starts a little later, as in the example of the secondary control mode above, see thin line 63a, since the control rods 16 (set of D-rods) must be removed - xenon build-up compensation - to reach their set position to increase the power, see the dotted line 63b, which reaches the set position of the control rods 61a. Boric acid injection is blocked by a xenon accumulation signal in a standard reactor control module 58 . Considering the waiting period, this predetermined position of the control rods 16 thus takes into account xenon reactivity support to increase the xenon maximum due to the increased burn-in effect from the start of the waiting period. The remaining curves of the first sub-mode of the tertiary control mode correspond to the curves of the secondary control mode in FIG. 2, i.e. when power is reduced, the actual position of the control rod corresponds to the thick line.

Количество борной кислоты и деионизированной воды определяют стандартным модулем 58 управления реактором, который удерживает регулирующие стержни 16 в заданных точках, предусмотренных модулем 54 регулирования заданного положения регулирующих стержней, что обеспечивают модулем 52 баланса реактивности. Как указывалось выше, модуль 56 плавающего режима/ELPO не предоставляет заданные значения модулю 54 регулирования заданного положения регулирующих стержней. Используют заданное положение регулирующего стержня для начала увеличения мощности, предоставляемое модулем 52 баланса реактивности.The amount of boric acid and deionized water is determined by the standard reactor control module 58, which holds the control rods 16 at the preset points provided by the control rod setpoint adjustment module 54, which is provided by the reactivity balance module 52. As mentioned above, the float/ELPO module 56 does not provide setpoints to the control rod setpoint adjustment module 54 . Use the given position of the control rod to start the power increase provided by the reactivity balance module 52.

Третья линия показывает концентрацию ксенона с течением времени, четвертая линия - положение регулирующих стержней 16 (введение их в активную зону реактора в сантиметрах), а пятая линия - мощность ядерного реактора 3 с течением времени. Этот подрежим управления работает аналогично вторичному режиму управления. В этом случае в прогнозе ксенона учитывают только время ожидания. Таким образом, визуализация баланса реактивности, например, как показано на фиг. 10, в фазе увеличения мощности для оператора реактора является более точной даже в начале времени ожидания.The third line shows the xenon concentration over time, the fourth line shows the position of the control rods 16 (their introduction into the reactor core in centimeters), and the fifth line shows the power of the nuclear reactor 3 over time. This sub-control mode works similarly to the secondary control mode. In this case, only the waiting time is taken into account in the xenon forecast. Thus, visualization of the reactivity balance, for example, as shown in FIG. 10, in the power up phase for the reactor operator is more accurate even at the beginning of the waiting time.

В соответствии с этим примером показано заданное положение 61а регулирующего стержня для/в конце периода ожидания, которое основано на полном балансе реактивности, включая прогнозируемую реактивность ксенона, для поддержки увеличения мощности ядерного реактора 3 до максимума ксенона. Другими словами, это прогнозируемое заданное положение регулирующего стержня для начала увеличения мощности. При входе в режим частичной мощности регулирующие стержни или D-стержни 16 опускают, чтобы уменьшить мощность ядерного реактора 3, в данном случае примерно до 75% от полной мощности. Как видно из фиг. 6, концентрация ксенона увеличивается в течение периода ожидания. Это компенсируют добавлением деионизированной воды в первичный контур 3 после достижения прогнозируемого заданного положения 61а регулирующими стержнями 16. Самое позднее до окончания периода ожидания (в данном случае период ожидания составляет около 6 ч) регулирующие стержни 16 достигают заданного положения 61а регулирующих стержней в положении начала увеличения мощности. Во время увеличения мощности концентрация ксенона снижается из-за уже описанных выше эффектов (т.е. ксенон-135 выгорает). После достижения заданной мощности PR концентрация ксенона все еще снижается, поэтому в первичный контур добавляют борную кислоту для снижения реактивности, что связано с уменьшением концентрации ксенона.In accordance with this example, a predetermined control rod position 61a for/at the end of the waiting period is shown, which is based on the total reactivity balance, including the predicted xenon reactivity, to support the increase in the power of the nuclear reactor 3 to the xenon maximum. In other words, it is the predicted predetermined position of the control rod to start the increase in power. Upon entering the partial power mode, the control rods or D-rods 16 are lowered to reduce the power of the nuclear reactor 3, in this case to about 75% of full power. As can be seen from FIG. 6, the xenon concentration increases during the waiting period. This is compensated by adding deionized water to the primary circuit 3 after reaching the predicted target position 61a of the control rods 16. At the latest before the end of the waiting period (in this case, the waiting period is about 6 hours), the control rods 16 reach the preset position 61a of the control rods in the position where the power increase starts. . During the increase in power, the xenon concentration decreases due to the effects already described above (i.e. xenon-135 burns out). After reaching the set power P R, the xenon concentration is still decreasing, so boric acid is added to the primary circuit to reduce the reactivity, which is associated with a decrease in the xenon concentration.

На фиг. 7 период ожидания tPL при частичной нагрузке находится между первым заданным временем, например, 8 часов, и вторым заданным временем, например, около 30 часов. Это означает, что можно ожидать, что после потери реактивности ксеноном произойдет выигрыш в реактивности, и это может быть компенсировано перемещением регулирующих стержней 16 для предельной минимизации впрыска BODE. Для этого используют второй подрежим, так называемый плавающий режим. Второй предварительно заданный период (в данном случае около 30 часов) соответствует времени, когда необходимо учитывать различные аспекты, в частности, касающиеся ELPO, во время длительной работы с частичной нагрузкой, в частности, D-сборки или регулирующие стержни должны находиться в "положении полной нагрузки", для получения оптимизированного выгорания топлива и оптимально кондиционированной активной зоны с точки зрения взаимодействия с оболочкой топливной таблетки (PCI).In FIG. 7, the partial load waiting period t PL is between a first predetermined time, eg 8 hours, and a second predetermined time, eg about 30 hours. This means that a gain in reactivity can be expected after xenon loss of reactivity, and this can be compensated for by moving the control rods 16 to minimize the BODE injection to the limit. To do this, use the second submode, the so-called floating mode. The second predetermined period (in this case about 30 hours) corresponds to the time when various aspects must be taken into account, in particular regarding ELPO, during long-term operation with partial load, in particular, D-assemblies or control rods must be in the "full position load" to obtain optimized fuel burnup and an optimally conditioned core in terms of interaction with the fuel pellet cladding (PCI).

Во втором подрежиме модуль 56 плавающего режима/ELPO информирует модуль 54 регулировки заданного положения регулирующего стержня о том, что следует использовать второй подрежим или плавающий режим. В соответствии с вариантами осуществления модуль 54 при получении информации о том, что следует использовать второй подрежим или плавающий режим, дает команду стандартному модулю 58 управления реактором запретить впрыск BODE для компенсации изменения концентрации ксенона, в частности, в пределах верхнего предела регулирования (UCL) и нижнего предела регулирования регулирующих стержней 16. Таким образом, при постоянной мощности ядерного реактора 3 концентрацию ксенона компенсируют перемещением регулирующих стержней 16 стандартным модулем 58 управления реактора, например, опосредовано путем управления ACT. Другими словами, модуль 54 игнорирует заданные значения, предоставленные модулем 52 баланса реактивности.In the second sub-mode, the float/ELPO module 56 informs the control rod setpoint adjustment module 54 to use the second sub-mode or float. In accordance with embodiments, module 54, upon receiving information that the second sub-mode or float mode should be used, instructs standard reactor control module 58 to disable BODE injection to compensate for changes in xenon concentration, in particular, within the upper control limit (UCL) and lower limit of regulation of the control rods 16. Thus, at a constant power of the nuclear reactor 3, the xenon concentration is compensated by moving the control rods 16 by the standard reactor control module 58, for example, indirectly by controlling the ACT. In other words, module 54 ignores the setpoints provided by reactivity balance module 52.

Второй подрежим или плавающий режим будет подробно объяснен с помощью фиг. 7. Первая и вторая линии показывают фазы, на которых борную кислоту и деионизированную воду добавляют в первичный контур. Количество борной кислоты и деионизированной воды сведено к минимуму по сравнению с предыдущими случаями, потому что нормальное управление D-сборкой регулирующих стержней деактивировано в отношении активации впрыска BODE, а D-сборку или регулирующие стержни перемещают для компенсации изменения реактивности ксенона (например, с помощью контроллера ACT в модуле 58 управления реактором). В соответствии с вариантами осуществления регулирующие стержни 16 перемещают между предельными значениями регулирования в рамках стандартного управления реактором (например, UCL = "верхний предел регулирования", чтобы обеспечить минимальное расстояние до нижнего конца набора L-стержней). Таким образом, гарантируют, что регулирующие стержни 16 не будут вставлены слишком мало. Третья линия показывает концентрацию ксенона с течением времени, четвертая линия - положение регулирующих стержней 16 (введение их в активную зону реактора в сантиметрах), а пятая линия - мощность ядерного реактора 3 с течением времени.The second sub-mode or floating mode will be explained in detail with the help of FIG. 7. The first and second lines show the phases in which boric acid and deionized water are added to the primary circuit. The amount of boric acid and deionized water is kept to a minimum compared to previous cases because the normal control of the control rod D-assembly is deactivated with respect to BODE injection activation, and the D-assembly or control rods are moved to compensate for the change in xenon reactivity (for example, using a controller ACT in reactor control module 58). In accordance with embodiments, the control rods 16 are moved between control limits as part of standard reactor control (eg, UCL = "upper control limit" to provide a minimum distance to the lower end of the set of L-rods). Thus, it is ensured that the control rods 16 are not inserted too little. The third line shows the xenon concentration over time, the fourth line shows the position of the control rods 16 (their introduction into the reactor core in centimeters), and the fifth line shows the power of the nuclear reactor 3 over time.

В этом втором подрежиме увеличение концентрации ксенона компенсируют регулирующими стержнями 16. Другими словами, регулирующие стержни 16 выдвигают из активной зоны реактора до тех пор, пока они не достигнут своего верхнего предела регулирования UCL. Если требуется дополнительная компенсация увеличения концентрации ксенона, в первичный контур добавляют некоторое количество деионизированной воды, см. максимум графика концентрации ксенона, примерно между 6 и 8 часами. Когда концентрация ксенона уменьшается после своего максимума, общая реактивность увеличивается, так что регулирующие стержни перемещают вниз в активной зоне реактора на глубину примерно 300 см, которой они достигают примерно через 15 часов. В этом особом случае стержни примерно через 15 часов достигают заданного положения для увеличения мощности до целевой мощности PR.In this second sub-mode, the increase in xenon concentration is compensated by the control rods 16. In other words, the control rods 16 are pulled out of the reactor core until they reach their upper control limit UCL. If additional compensation for the increase in xenon concentration is required, some deionized water is added to the primary circuit, see xenon concentration graph maximum, between approximately 6 and 8 hours. As the xenon concentration decreases past its maximum, the overall reactivity increases so that the control rods are moved down in the reactor core to a depth of about 300 cm, which they reach after about 15 hours. In this special case, the rods reach the predetermined position after about 15 hours to increase the power to the target power P R .

Если мощность должна быть увеличена до целевой мощности PR, в данном случае до 100% мощности ядерного реактора 3, регулирующие стержни 16 поднимают вверх. При этом концентрация ксенона снижается, так что после достижения заданной мощности дальнейшее снижение концентрации ксенона компенсируют добавлением борной кислоты. После минимальной концентрации ксенона концентрация ксенона повышается до равновесного состояния примерно через 30 часов. Создание ксенона соответствует в равновесном состоянии выгоранию ксенона из-за поглощения нейтронов и распада ксенона. Во время повышения снова добавляют деионизированную воду, чтобы компенсировать изменение концентрации ксенона.If the power is to be increased to the target power P R , in this case up to 100% of the power of the nuclear reactor 3, the control rods 16 are lifted up. In this case, the xenon concentration is reduced, so that after reaching the specified power, a further decrease in the xenon concentration is compensated by the addition of boric acid. After the minimum xenon concentration, the xenon concentration rises to an equilibrium state after about 30 hours. The creation of xenon corresponds in equilibrium to xenon burnout due to neutron absorption and xenon decay. During the rise, deionized water is again added to compensate for the change in xenon concentration.

Как видно из фиг. 7, на которой заштрихованными областями показано сравнение с управлением реактором, где регулирующие стержни остаются вставленными для последующего увеличения мощности. Пример на фиг. 7 показывает максимальное снижение содержания борной кислоты и деионизированной воды по сравнению со стандартным регулированием без учета времени ожидания. Следует отметить, что снижение содержания борной кислоты и деионизированной воды увеличивается по мере приближения к концу цикла, т.е. до того, как топливные элементы должны быть заменены на новые, поскольку добавления деионизированной воды резко возрастают. Например, чтобы получить тот же эффект, добавление деионизированной воды в конце цикла экспоненциально выше (на последних 20% цикла топливного элемента более чем в 10 раз выше) по сравнению с началом цикла. Таким образом, затраты на очистку или рециркуляцию охлаждающей воды первичного контура 5 увеличиваются, иначе гибкость нагрузки будет снижена.As can be seen from FIG. 7, in which the shaded areas show a comparison with reactor control, where the control rods remain inserted for subsequent power increases. The example in FIG. 7 shows the maximum reduction in boric acid and deionized water compared to the standard regulation without waiting time. It should be noted that the decrease in the content of boric acid and deionized water increases as the end of the cycle is approached, i.e. before the fuel cells need to be replaced with new ones as additions of deionized water increase dramatically. For example, to achieve the same effect, the addition of deionized water at the end of the cycle is exponentially higher (more than 10 times higher in the last 20% of the fuel cell cycle) compared to the beginning of the cycle. Thus, the cost of cleaning or recycling the cooling water of the primary circuit 5 increases, otherwise the load flexibility will be reduced.

Если бы время ожидания было бы короче, чем в этом примере на фиг. 7 (например, 11 часов), то регулирующие стержни не достигли бы заданного положения регулирующих стержней для увеличения мощности или заданного положения регулирующих стержней для начала увеличения мощности путем простой компенсации снижения концентрации ксенона, при этом модуль 56 плавающего режима/ELPO получает сигнал от модуля 52 баланса реактивности, например, сигнал завершения "достигнут критерий времени", чтобы прервать плавающий режим. Таким образом, управление передают стандартному модулю 58 управления реактором, который приспособлен для управления клапаном 28, чтобы добавить дополнительное количество деионизированной воды в первичный контур 5, чтобы регулирующие стержни 16 могли достичь заданного положения регулирующих стержней для начала увеличения мощности, предоставленное модулем 52 баланса реактивности, до окончания периода ожидания для увеличения мощности. Другими словами, заданное положение регулирующих стержней для начала увеличения мощности обеспечивают регулировкой 54 заданного положения регулирующих стержней в соответствии с результатом баланса реактивности 52 и расчетным временем ожидания в модуле 46 прогнозирования ксенона.If the waiting time were shorter than in this example in FIG. 7 (e.g. 11 o'clock), the control rods would not have reached the set power increase control rod position or the set power increase control rod position by simply compensating for xenon depletion, with float/ELPO module 56 receiving signal from module 52 reactivity balance, for example, a "time criterion reached" termination signal to abort float. Thus, control is passed to the standard reactor control module 58, which is adapted to control the valve 28 to add additional deionized water to the primary circuit 5 so that the control rods 16 can reach the desired position of the control rods to start the increase in power, provided by the reactivity balance module 52, until the end of the waiting period for power increase. In other words, the predetermined position of the control rods to start the increase in power is provided by adjusting the predetermined position of the control rods 54 in accordance with the reactivity balance result 52 and the estimated waiting time in the xenon prediction module 46 .

Если бы время ожидания было бы больше, чем в этом примере на фиг. 7 (например, 20 часов), то регулирующие стержни превысили бы заданное положение регулирующих стержней для начала увеличения мощности, при этом заданное положение регулирующих стержней определяет модуль 52 баланса реактивности, просто компенсируя дальнейшее снижение концентрации ксенона, при этом модуль 56 плавающего режима/ELPO, например, по сигналу от модуля 52 баланса реактивности, прекращает "плавающий" подрежим, и управление передают стандартному модулю 58 управления реактором. Это важно для того, чтобы иметь возможность в дальнейшем ввести регулирующие стержни 16 в активную зону реактора в случае аварийного останова (обеспечить остановочную реактивность). Другими словами, регулирующие стержни 16 больше не опускают, потому что стандартный модуль управления реактором начинает впрыск борной кислоты в соответствии с отклонением управления, которое определяют фактическим положением регулирующих стержней по сравнению с их прогнозируемым заданным положением, предоставляемым регулировкой 54 заданного положения регулирующих стержней.If the waiting time were longer than in this example in FIG. 7 (e.g. 20 o'clock), then the control rods would exceed the preset control rod position to start the increase in power, with the preset control rod position determining the reactivity balance module 52, simply compensating for a further decrease in xenon concentration, with the float/ELPO module 56, for example, on a signal from the reactivity balance module 52, the "floating" submode is terminated, and control is transferred to the standard reactor control module 58. This is important in order to be able to subsequently introduce control rods 16 into the reactor core in the event of an emergency shutdown (provide stopping reactivity). In other words, the control rods 16 are no longer lowered because the conventional reactor control module starts boric acid injection according to a control deviation that is determined by the actual position of the control rods compared to their predicted target position provided by the control rod target position adjustment 54.

На фиг. 8, когда период ожидания tPL при частичной нагрузке превышает второе заданное время, например примерно 30 часов, используют третий подрежим. Третий подрежим также можно назвать режимом расширенной работы с низким энергопотреблением (ELPO).In FIG. 8, when the partial load waiting period t PL exceeds the second predetermined time, for example, about 30 hours, the third submode is used. The third sub-mode may also be referred to as the Enhanced Low Power Operation (ELPO) mode.

Этот второй предварительно заданный период (в данном случае приблизительно 30 часов, но может быть намного больше, например, 60 часов) соответствует времени, когда необходимо учитывать различные аспекты, касающиеся ELPO: во время длительной работы с частичной нагрузкой D-сборки должны находиться в "положении полной нагрузки", для получения оптимизированного выгорания топлива и оптимально кондиционированной активной зоны с точки зрения взаимодействия с оболочкой топливной таблетки (PCI). Например, второй заданный период составляет по меньшей мере 30 часов.This second predetermined period (in this case approximately 30 hours, but can be much longer, for example 60 hours) corresponds to the time when various aspects regarding ELPO must be taken into account: during long-term partial load operation, the D-assemblies must be in " full load position" to obtain optimized fuel burnup and an optimally conditioned core in terms of interaction with the fuel pellet cladding (PCI). For example, the second predetermined period is at least 30 hours.

Третий подрежим будет объяснен с помощью фиг. 8. Первая и вторая линии показывают фазы, на которых борную кислоту и деионизированную воду добавляют в первичный контур. Количество борной кислоты и деионизированной воды в этом случае также сведено к минимуму, поскольку накопление ксенона (после достижения частичной нагрузки) используют для перевода D-сборки в "положение полной нагрузки". Другими словами, активная зона реактора практически свободна от регулирующих стержней. Третья линия показывает концентрацию ксенона с течением времени, четвертая линия - положение регулирующих стержней 16 (введение их в активную зону реактора в сантиметрах), а пятая линия - мощность ядерного реактора 3 с течением времени.The third sub-mode will be explained with the help of FIG. 8. The first and second lines show the phases in which boric acid and deionized water are added to the primary circuit. The amount of boric acid and deionized water is also kept to a minimum in this case, since the buildup of xenon (after reaching partial load) is used to bring the D-array into the "full load position". In other words, the reactor core is practically free of control rods. The third line shows the xenon concentration over time, the fourth line shows the position of the control rods 16 (their introduction into the reactor core in centimeters), and the fifth line shows the power of the nuclear reactor 3 over time.

В третьем третичном подрежиме модуль 56 плавающего режима/ELPO имеет приоритет по отношению к модулю 54 регулировки заданного положения регулирующего стержня по сравнению с прогнозируемым заданным положением модуля 52 баланса реактивности. В третьем подрежиме модуль 56 плавающего режима/ELPO информирует модуль 54 регулировки заданного положения регулирующего стержня о том, что следует использовать третий подрежим или режим ELPO. В соответствии с вариантами осуществления модуль 54 при получении информации о том, что следует использовать третий подрежим или ELPO, дает команду, что заданное положение регулирующих стержней 16 должно быть "положением полной нагрузки" (почти свободный регулирующий стержень или положение полной мощности). Таким образом, при постоянной мощности ядерного реактора 3 после выхода регулирующих стержней на положение полной нагрузки, концентрацию ксенона компенсируют за счет впрыска BODE стандартным модулем 58 управления реактором, например, опосредовано через управление ACT. Другими словами, модуль 54 игнорирует заданные значения, предоставленные модулем 52 баланса реактивности.In the third tertiary submode, the float/ELPO module 56 takes precedence over the control rod setpoint adjustment module 54 over the reactivity balance module 52's predicted setpoint. In the third sub-mode, the float/ELPO module 56 informs the control rod setpoint adjustment module 54 to use the third sub-mode or ELPO mode. In accordance with embodiments, module 54, upon receiving information that the third sub-mode or ELPO should be used, instructs that the desired position of the control rods 16 should be the "full load position" (almost free control rod or full power position). Thus, at a constant power of the nuclear reactor 3 after the control rods have reached the full load position, the xenon concentration is compensated by injection of BODE by the standard reactor control module 58, for example, indirectly through the ACT control. In other words, module 54 ignores the setpoints provided by reactivity balance module 52.

На первом этапе регулирующие стержни опускают или вводят в активную зону реактора, чтобы уменьшить мощность ядерного реактора 3. В примере на фиг. 8 мощность снижена до 75% от полной мощности. Затем концентрация ксенона увеличивается, и регулирующие стержни 16 выводят из активной зоны реактора, чтобы компенсировать потерю реактивности из-за увеличения концентрации ксенона. Регулирующие стержни 16 выдвигают из активной зоны реактора до тех пор, пока они не достигнут своего "положения полной нагрузки" (почти свободные регулирующие стержни) или не станут параллельны верхнему пределу регулирования UCL. Если требуется дополнительная компенсация увеличения концентрации ксенона, в первичный контур добавляют некоторое количество деионизированной воды, см. максимум графика концентрации ксенона, между 6 и 8 часами, см. ссылочную позицию 62. При снижении концентрации ксенона после его максимума общая реактивность увеличивается, и в первичный контур 5 стандартный модуль 58 управления реактором вводит борную кислоту, что задают заданным "положением полной нагрузки" модуля 54 регулирования заданного положения регулирующих стержней и фактическим положением регулирующих стержней 16. В соответствии с вариантами осуществления борную кислоту добавляют прерывистым образом. Борную кислоту добавляют до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие концентрации ксенона, т.е. когда градиент ксенона будет близок к нулю, на фиг. 8 в течение периода, обозначенного ссылочной позицией 64.In the first step, the control rods are lowered or inserted into the reactor core to reduce the power of the nuclear reactor 3. In the example of FIG. 8 power is reduced to 75% of full power. The xenon concentration is then increased and the control rods 16 are withdrawn from the reactor core to compensate for the loss of reactivity due to the increase in xenon concentration. The control rods 16 are pulled out of the reactor core until they reach their "full load position" (almost free control rods) or are parallel to the upper control limit UCL. If further compensation for the increase in xenon concentration is required, some deionized water is added to the primary circuit, see xenon concentration graph maximum, between 6 and 8 o'clock, see ref. loop 5 of the standard reactor control module 58 introduces boric acid as determined by the set "full load position" of the control rod setpoint adjustment module 54 and the actual position of the control rods 16. According to embodiments, boric acid is added intermittently. Boric acid is added until an equilibrium of the xenon concentration is reached, i.e. when the xenon gradient is close to zero, in FIG. 8 during the period indicated by reference numeral 64.

Перед окончанием периода ожидания регулирующие стержни 16 должны быть перемещены в заданное положение регулирующих стержней для увеличения мощности. Таким образом, заблаговременно до окончания периода ожидания третий подрежим или режим ELPO завершают в подмодуле 56 плавающего режима/ELPO путем получения сигнала завершения "достигнут временной критерий" от модуля 52 баланса реактивности. Затем модуль 52 баланса реактивности передает заданные положения регулирующих стержней 16 модулю 54 регулировки заданного положения регулирующих стержней, которые соответствует заданному положению регулирующих стержней или заданному положению перед набором мощности, и стандартный модуль 58 управления реактором впрыскивает деионизированную воду, что перемещает регулирующие стержни 16 к заданному положению регулирующих стержней для начала увеличения мощности, предоставленному модулем 54 регулировки заданного положения регулирующих стержней. Деионизированную воду добавляют, см. ссылочную позицию 66, в первичный контур 5 во время перемещения регулирующих стержней 16 до заданного положения регулирующих стержней.Before the end of the waiting period, the control rods 16 must be moved to the predetermined position of the control rods to increase power. Thus, in advance of the end of the waiting period, the third sub-mode or ELPO mode is terminated in the float/ELPO sub-module 56 by receiving a "time criterion reached" completion signal from the reactivity balance module 52 . Then, the reactivity balance module 52 transmits the target positions of the control rods 16 to the control rod target adjustment module 54, which corresponds to the control rod target or pre-power-up target, and the standard reactor control module 58 injects deionized water, which moves the control rods 16 to the target position. control rods to start the power increase provided by the control rod setpoint adjustment module 54 . Deionized water is added, see reference numeral 66, to the primary circuit 5 while the control rods 16 are moving to the predetermined position of the control rods.

В этом третьем подрежиме регулирующие стержни выводят из активной зоны реактора для обеспечения однородного выгорания топливных стержней и из-за взаимодействия с оболочкой топливной таблетки (PCI).In this third sub-mode, the control rods are removed from the reactor core to ensure uniform burnup of the fuel rods and due to interaction with the fuel pellet cladding (PCI).

Третий подрежим или подрежим ELPO завершают от 1 до 3 часов до окончания времени ожидания в соответствии с генерацией сигнала "достигнут критерий времени", предоставляемого модулем 52 баланса реактивности на основании реактивности и баланса смеси первичной охлаждающей жидкости. Следует отметить, что регулирующие стержни 16 не переходят за нижний предел регулирования LRL, в частности, в каждом из подрежимов третичного управления. Нижний предел регулирования LRL зависит от фактической мощности PR ядерного реактора. Чем выше фактическая мощность, тем выше нижний предел регулирования, чтобы в любой момент можно было остановить ядерный реактор с помощью регулирующих стержней 16.The third sub-mode or ELPO sub-mode is terminated 1 to 3 hours before the end of the timeout according to the generation of the time criterion reached signal provided by the reactivity balance module 52 based on the reactivity and balance of the primary coolant mixture. It should be noted that the control rods 16 do not go beyond the lower control limit LRL, in particular in each of the tertiary control sub-modes. The lower control limit LRL depends on the actual power P R of the nuclear reactor. The higher the actual power, the higher the lower limit of regulation, so that at any time it was possible to stop the nuclear reactor using control rods 16.

В соответствии с вариантами осуществления, как уже обсуждалось выше, модуль 52 баланса реактивности на основе предсказанной реактивности ксенона и коэффициентов реактивности модуля 40 коэффициентов реактивности дополнительно определяет, должны ли быть прекращены третичные режимы управления - плавающий или ELPO. С этой целью модуль 52 баланса реактивности на основе фактических коэффициентов реактивности, заданного положения регулирующего стержня, фактического положения регулирующего стержня 16 и баланса смеси (в соответствии с упрощенными уравнениями смеси (1)-(4), упомянутыми выше) определяет необходимое время введения, чтобы привести D-сборки в нужное положение для увеличения мощности. Если это необходимое время введения плюс допуск становится больше, чем оставшееся время ожидания, то активируют сигнал "временной критерий достигнут" и завершают режим ELPO или плавающий режим.In accordance with the embodiments, as already discussed above, the reactivity balance module 52, based on the predicted xenon reactivity and the reactivity coefficients of the reactivity coefficient module 40, further determines whether the tertiary control modes - floating or ELPO - should be terminated. To this end, the reactivity balance module 52, on the basis of the actual reactivity coefficients, the target position of the control rod, the actual position of the control rod 16 and the mixture balance (in accordance with the simplified mixture equations (1)-(4) mentioned above), determines the necessary injection time so that bring the D-assemblies into position to increase power. If this required insertion time plus tolerance becomes greater than the remaining waiting time, then the "time criterion reached" signal is activated and the ELPO mode or floating mode is terminated.

Модуль 58 управления реактором может работать и без прогнозируемых значений реактивности ксенона, а также без модулей 52, 56 и 38. В этом случае заданное положение D-стержня необходимо задавать вручную.The reactor control module 58 can also operate without predicted xenon reactivity values, as well as without modules 52, 56 and 38. In this case, the predetermined position of the D-rod must be set manually.

Точность модуля прогнозирования ксенона с 200 этапами расчета для каждого времени ожидания и времени увеличения мощности показана на фиг. 9 на примере времени частичной нагрузки, составляющего 15 часов. Как видно из фиг. 9, на которой сверху вниз показаны концентрация ксенона, погрешность предсказания, положение регулирующих стержней или D-стержней 16 и мощность реактора в примере третичного режима управления при использовании второго подрежима (плавающего режима), при этом погрешность предсказания уменьшается по мере приближения конца периода ожидания. Это связано с циклически повторяющимся расчетом прогноза реактивности ксенона, который работает с оставшимся периодом ожидания. По сравнению с точностью регулирования погрешность по сути мала. Даже в начале времени ожидания эта погрешность вычисления невелика и составляет 10 pcm. Это сравнимо с отклонением установки регулирующего стержня приблизительно на 8 см, если коэффициент реактивности набора регулирующих стержней составляет 1,2 pcm/см. По сравнению с контрольным порогом для регулирующего стержня, установленного при неполной нагрузке, величина 30 см является незначительной.The accuracy of a xenon predictor with 200 calculation steps for each waiting time and power up time is shown in FIG. 9 using the example of a partial load time of 15 hours. As can be seen from FIG. 9, which shows from top to bottom the xenon concentration, the prediction error, the position of the control rods or D-rods 16, and the reactor power in an example of a tertiary control mode using the second sub-mode (float), with the prediction error decreasing as the end of the sleep period approaches. This is due to the cyclically repeating calculation of the xenon reactivity prediction, which works with the remaining waiting period. Compared to the control accuracy, the error is inherently small. Even at the beginning of the waiting time, this calculation error is small and amounts to 10 pcm. This is comparable to a control rod installation deviation of approximately 8 cm if the control rod set reactance factor is 1.2 pcm/cm. Compared to the control threshold for a control rod set at partial load, the value of 30 cm is negligible.

На фиг. 10 показана визуализация для оператора ядерного реактора. Визуализация может быть приведена на экране. Визуализация в дополнение к обсуждавшейся в начале стрелке баланса реактивности показывает оставшийся период ожидания, а также установлен ли соответствующий электросети подрежим ELPO или плавающий режим. Кроме того, на фиг. 10 показана целевая мощность PR, скорость увеличения мощности 2,1%/мин (PG-Grad = dPG/dt), полученная от управления турбиной. "Hd. SW.Fkt." относится к ручной установке для регулирующего стержня 16, приведенной в качестве предложения для оператора реактора, если влияние предиктора на управление реактором должно быть отключено, тогда как "Hd.SW.Fkt. фактическое значение" является фактически действующим значением при управлении реактором с помощью регулирующих стержней 16.In FIG. 10 shows a visualization for a nuclear reactor operator. Visualization can be shown on the screen. The visualization, in addition to the reactivity balance arrow discussed at the beginning, shows the remaining waiting period, as well as whether the corresponding grid is set to ELPO or floating mode. In addition, in FIG. 10 shows the target power P R , a power increase rate of 2.1%/min (PG-Grad=dPG/dt) obtained from turbine control. "Hd. SW.Fkt." refers to the manual setting for the control rod 16 given as a suggestion to the reactor operator if the predictor influence on the reactor control should be disabled, while "Hd.SW.Fkt. actual value" is the actual effective value when the reactor is controlled by control rods 16.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, постоянные времени и диапазоны интенсивности управления могут быть адаптированы для управления ядерным реактором в случае выбранного первичного режима управления.In accordance with some embodiments, the time constants and control intensity ranges may be adapted to control the nuclear reactor in the case of the selected primary control mode.

В соответствии с вариантами осуществления способ или алгоритмы для прогнозирования ксенона позволяют свести к минимуму этапы расчета и адаптированы к выбранному режиму управления электросетью для определения вклада ксенона в ожидаемую фазу увеличения мощности, что необходимо для реализации в цифровом управлении реактором в режиме реального времени. Используемый в вариантах осуществления способ допускает все режимы управления, относящиеся к электросети (даже непредвиденные переходные процессы, такие как отклонение нагрузки от внутренней нагрузки), включая стохастические дистанционно управляемые изменения нагрузки с помощью тандемного расчета ксенона с одним расчетом фактического значения ксенона и йода в качестве основы для второго прогнозного расчета вклада ксенона в фазу увеличения мощности.According to embodiments, the method or algorithms for predicting xenon minimize calculation steps and are adapted to the selected power grid control mode to determine the contribution of xenon to the expected phase of power increase, which is necessary for real-time digital reactor control implementation. The method used in the embodiments allows all power grid related control modes (even unexpected transients such as load deviation from internal load), including stochastic remotely controlled load changes using xenon tandem calculation with one xenon actual value calculation and iodine as the basis for the second predictive calculation of the xenon contribution to the power increase phase.

В некоторых примерах реализации любой признак любого варианта осуществления, описанного в настоящем документе, может быть использован в сочетании с любым признаком любого другого описанного в этом документе варианта осуществления.In some embodiments, any feature of any embodiment described herein may be used in conjunction with any feature of any other embodiment described herein.

Claims (40)

1. Способ управления атомной электростанцией, содержащей ядерный реактор (3) с водой под давлением, имеющий активную зону реактора, вырабатывающую энергию, первичный контур (5), соединяющий активную зону реактора с парогенератором (9), один или более регулирующих стержней (16), которые способны перемещаться в активную зону реактора для регулирования мощности активной зоны реактора, инжекторное устройство (22, 23, 24, 26, 28, 30) для впрыска борной кислоты и/или деионизированной воды в первичный контур (5) для управления реактивностью активной зоны реактора, включающий1. A method for controlling a nuclear power plant containing a nuclear reactor (3) with pressurized water, having a reactor core that generates energy, a primary circuit (5) connecting the reactor core to a steam generator (9), one or more control rods (16) , which are able to move into the reactor core to control the power of the reactor core, an injector device (22, 23, 24, 26, 28, 30) for injecting boric acid and / or deionized water into the primary circuit (5) to control the reactivity of the core reactor, including определение фактической мощности (PR) ядерного реактора (3),determination of the actual power (P R ) of the nuclear reactor (3), автоматическое определение фактической концентрации ксенона, фактической концентрации йода и/или фактической реактивности ксенона,automatic determination of the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and/or the actual xenon reactivity, получение целевой мощности и градиент (dPG/dt) мощности для периода повышения мощности до целевой мощности,obtaining the target power and the power gradient (dPG/dt) for the period of power up to the target power, отличающийся тем, чтоcharacterized in that получают период ожидания и/или оставшийся период ожидания, в течение которого ядерный реактор (3) работает на частичной мощности, пока он не увеличит мощность до целевой мощности, превышающей указанную частичную мощность,a waiting period and/or a remaining waiting period are obtained during which the nuclear reactor (3) operates at partial power until it increases the power to a target power exceeding the specified partial power, для конца указанного периода ожидания и/или оставшегося периода ожидания вычисляют реактивность ксенона и/или концентрацию ксенона на основе фактической концентрации ксенона, фактической концентрации йода и полученного периода ожидания,for the end of said waiting period and/or the remaining waiting period, xenon reactivity and/or xenon concentration are calculated based on the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and the obtained waiting period, вычисляют реактивность ксенона и/или концентрацию ксенона для конца периода увеличения мощности,xenon reactivity and/or xenon concentration are calculated for the end of the power increase period, вычисляют заданное положение регулирующих стержней на начало увеличения мощности для указанных одного или более регулирующих стержней (16) на основе вычисленной реактивности ксенона и/или концентрации ксенона в конце периода ожидания и в конце периода увеличения мощности таким образом, чтобы указанное увеличение мощности могло быть выполнено с использованием регулирующих стержней (16),calculate the predetermined position of the control rods at the beginning of the power increase for said one or more control rods (16) based on the calculated xenon reactivity and/or xenon concentration at the end of the waiting period and at the end of the power increase period so that the specified power increase can be performed with using control rods (16), в течение периода ожидания позиционируют указанные один или более регулирующих стержней (16) на основе периода ожидания и заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности таким образом, чтобы в конце указанного периода ожидания указанные один или более регулирующих стержней достигли заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности,during the waiting period, said one or more control rods (16) are positioned based on the waiting period and the specified position of the control rods at the beginning of the increase in power so that at the end of the specified waiting period, the specified one or more control rods reach the specified position of the control rods at the beginning of the increase power, при этом если период ожидания превышает первое предварительно заданное время, позволяющее поднять концентрацию ксенона до максимального значения, то указанные один или более регулирующих стержней (16) перемещают из активной зоны реактора для компенсации потери реактивности из-за увеличения концентрации ксенона, иmoreover, if the waiting period exceeds the first predetermined time, allowing to raise the xenon concentration to the maximum value, then said one or more control rods (16) are moved from the reactor core to compensate for the loss of reactivity due to the increase in xenon concentration, and до окончания указанного периода ожидания указанные один или более регулирующих стержней (16) перемещают в активную зону реактора до указанного заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности.before the end of the specified waiting period, said one or more control rods (16) are moved into the reactor core to the specified predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power. 2. Способ по п. 1, в котором расчет заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности также основан на одном или более значениях реактивности и/или коэффициентах реактивности ядерного реактора, в частности на одном или более коэффициентах реактивности указанных одного или более регулирующих стержней, коэффициенте реактивности одного или нескольких L-стержней, изменении реактивности из-за разницы средней температуры теплоносителя (ACT) между фактической мощностью и целевой мощностью, изменении реактивности из-за разницы между фактической мощностью (PR) и целевой мощностью и/или вкладе в реактивность последующего потока впрыскиваемой борной кислоты или деионизированной воды в сочетании с коэффициентом борной кислоты в первичной охлаждающей жидкости.2. The method according to claim 1, in which the calculation of the given position of the control rods at the beginning of the increase in power is also based on one or more reactivity values and / or reactivity factors of the nuclear reactor, in particular on one or more reactivity coefficients of said one or more control rods, the reactivity coefficient of one or more L-rods, the change in reactivity due to the average coolant temperature difference (ACT) between the actual power and the target power, the change in reactivity due to the difference between the actual power (P R ) and the target power, and/or the contribution to the reactivity subsequent flow of injected boric acid or deionized water combined with the boric acid ratio in the primary coolant. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором расчет заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности также основан на заданном положении регулирующих стержней (16) при полной мощности и/или заданном положении L-стержней при полной мощности.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the calculation of the target position of the control rods at the beginning of the increase in power is also based on the preset position of the control rods (16) at full power and/or the preset position of the L-rods at full power. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором если регулирующие стержни (16) достигают верхнего предела регулирования или положения полной нагрузки при выводе из активной зоны реактора, то добавляют деионизированную воду для поддержания реактора (3) на частичной мощности для компенсации потери реактивности из-за увеличения концентрации ксенона, в частности для обеспечения управляемости мощностью реактора.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein if the control rods (16) reach the upper control limit or full load position when withdrawing from the reactor core, then deionized water is added to maintain the reactor (3) at partial power to compensate for the loss of reactivity from -for increasing the concentration of xenon, in particular, to ensure controllability of the reactor power. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором также5. The method according to any of the previous paragraphs, in which also определяют лимит времени для перемещения указанных одного или более регулирующих стержней (16) до заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности на основе фактического положения регулирующих стержней, заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности и фактической концентрации борной кислоты в первичной охлаждающей жидкости,determining a time limit for moving said one or more control rods (16) to a predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power based on the actual position of the control rods, the predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power and the actual concentration of boric acid in the primary coolant, для того чтобы переместить указанные один или более регулирующих стержней (16) в активную зону реактора до заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности, до определенного лимита времени, путем впрыска деионизированной воды в первичный контур, иin order to move said one or more control rods (16) into the reactor core to a predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power, up to a certain time limit, by injecting deionized water into the primary circuit, and добавляют деионизированную воду в первичный контур (5).add deionized water to the primary circuit (5). 6. Способ по п. 5, в котором лимит времени также определяют на основе минимальной скорости подачи деионизированной воды.6. The method of claim 5, wherein the time limit is also determined based on the minimum deionized water feed rate. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором, когда период ожидания короче второго предварительно заданного времени, которое больше первого предварительно заданного времени, указанные один или более регулирующих стержней (16) перемещают в активную зону реактора после того, как концентрация ксенона достигла своего максимума в течение указанного периода ожидания, с тем чтобы компенсировать увеличение реактивности из-за снижения концентрации ксенона.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein when the waiting period is shorter than a second predetermined time which is longer than the first predetermined time, said one or more control rods (16) are moved to the reactor core after the xenon concentration has reached its maximum during the specified waiting period in order to compensate for the increase in reactivity due to the decrease in xenon concentration. 8. Способ по любому из пп. 1, 4, 7, в котором когда период ожидания короче второго предварительно заданного времени, которое больше первого предварительно заданного времени, то если во время перемещения в активную зону реактора регулирующие стержни (16) достигают указанного заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности, то в первичный контур добавляют борную кислоту и поддерживают регулирующие стержни (16) в указанном заданном положении регулирующих стержней на начало увеличения мощности, в частности, для обеспечения остаточной реактивности выключенного реактора.8. The method according to any one of paragraphs. 1, 4, 7, in which when the waiting period is shorter than the second predetermined time, which is greater than the first predetermined time, then if, during the movement into the reactor core, the control rods (16) reach the specified predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power, then boric acid is added to the primary circuit and the control rods (16) are maintained in the indicated predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power, in particular to ensure the residual reactivity of the shutdown reactor. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором, когда период ожидания превышает второе предварительно заданное время, которое превышает первое предварительно заданное время, после достижения максимальной концентрации ксенона в течение указанного периода ожидания добавляют борную кислоту в первичный контур (5) для компенсации увеличения реактивности из-за снижения концентрации ксенона, при этом, в частности, до окончания периода ожидания регулирующие стержни оставляют в положении верхнего предела регулирования или полной мощности до их перемещения в активную зону реактора в указанное заданное положение регулирующих стержней на начало увеличения мощности.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein when the waiting period exceeds a second predetermined time which is longer than the first predetermined time, after reaching the maximum xenon concentration during said waiting period, boric acid is added to the primary circuit (5) to compensate for the increase reactivity due to a decrease in the xenon concentration, while, in particular, until the end of the waiting period, the control rods are left in the position of the upper limit of control or full power until they move into the reactor core to the specified predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первое предварительно заданное время соответствует времени через 2 часа после максимума ксенона или времени, которое после максимума ксенона соответствует 30% от времени ожидания до максимума ксенона.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first predetermined time corresponds to the time 2 hours after the xenon maximum or the time after the xenon maximum corresponds to 30% of the waiting time to the xenon maximum. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первое предварительно заданное время составляет от 6 до 10 часов и/или второе предварительно заданное время составляет от 20 до 60 часов.11. A method according to any one of the preceding claims, wherein the first predetermined time is from 6 to 10 hours and/or the second predetermined time is from 20 to 60 hours. 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором для расчета заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности вычисляют общую реактивность, включающую реактивность ксенона в конце периода ожидания и в конце периода увеличения мощности при увеличении мощности до целевой мощности.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein in order to calculate the target position of the control rods at the beginning of the increase in power, the total reactivity is calculated, including the xenon reactivity at the end of the standby period and at the end of the increase in power period when the power is increased to the target power. 13. Контроллер для атомной электростанции, содержащей ядерный реактор (3) с водой под давлением, имеющий активную зону реактора, вырабатывающую энергию, первичный контур (5), соединяющий активную зону реактора с парогенератором (9), один или более регулирующих стержней (16), способных перемещаться в активную зону реактора для регулирования мощности активной зоны реактора, инжекторное устройство (22, 23, 24, 26, 28, 30) для впрыска борной кислоты и/или деионизированной воды в первичный контур (5) для управления реактивностью активной зоны реактора, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью13. Controller for a nuclear power plant containing a nuclear reactor (3) with pressurized water, having a reactor core that generates energy, a primary circuit (5) connecting the reactor core to a steam generator (9), one or more control rods (16) , capable of moving into the reactor core to control the power of the reactor core, an injector device (22, 23, 24, 26, 28, 30) for injecting boric acid and / or deionized water into the primary circuit (5) to control the reactivity of the reactor core , characterized in that it is made with the possibility определять фактическую мощность (PR) ядерного реактора (3),determine the actual power (P R ) of the nuclear reactor (3), автоматически определять фактическую концентрацию ксенона, фактическую концентрацию йода и/или фактическую реактивность ксенона,automatically determine the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and/or the actual xenon reactivity, получения целевой мощности и градиента (dPG/dt) мощности для периода увеличения мощности до достижения целевой мощности,obtaining the target power and the power gradient (dPG/dt) for the power increase period until the target power is reached, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью также:characterized in that the controller is configured to also: получения периода ожидания и/или оставшегося периода ожидания, в течение которого ядерный реактор (3) работает на частичной мощности до тех пор, пока он не увеличит мощность до целевой мощности, превышающей указанную частичную мощность,obtaining a waiting period and/or a remaining waiting period during which the nuclear reactor (3) operates at partial power until it increases the power to a target power exceeding the specified partial power, вычисления реактивности ксенона и/или концентрации ксенона на конец периода ожидания и/или оставшегося периода ожидания на основе фактической концентрации ксенона, фактической концентрации йода и полученного периода ожидания,calculation of the xenon reactivity and/or xenon concentration at the end of the waiting period and/or the remaining waiting period based on the actual xenon concentration, the actual iodine concentration and the received waiting period, вычисления реактивности ксенона и/или концентрации ксенона на конец периода увеличения мощности,calculation of xenon reactivity and/or xenon concentration at the end of the power increase period, вычисления заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности для указанных одного или более регулирующих стержней (16) на основе вычисленной реактивности ксенона и/или концентрации ксенона в конце периода ожидания и в конце периода увеличения мощности таким образом, чтобы увеличение мощности могло быть выполнено с использованием регулирующих стержней (16),calculating a predetermined position of the control rods at the beginning of the power increase for said one or more control rods (16) based on the calculated xenon reactivity and/or xenon concentration at the end of the waiting period and at the end of the power increase period so that the power increase can be performed using control rods (16), позиционирования в течение периода ожидания указанных одного или более регулирующих стержней (16) на основе периода ожидания и заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности таким образом, чтобы в конце периода ожидания указанные один или более регулирующих стержней достигали указанного заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности,positioning during the waiting period of said one or more control rods (16) based on the waiting period and the set position of the control rods at the beginning of the increase in power so that at the end of the waiting period, the specified one or more control rods reach the specified set position of the control rods at the start of the increase power, при этом если период ожидания превышает первое предварительно заданное время, позволяющее поднять концентрацию ксенона до максимального значения, то контроллер выполнен с возможностью такжеmoreover, if the waiting period exceeds the first predetermined time, allowing to raise the xenon concentration to the maximum value, then the controller is configured to also перемещать указанные один или более регулирующих стержней (16) из активной зоны реактора для компенсации потери реактивности из-за увеличения концентрации ксенона иmove said one or more control rods (16) out of the reactor core to compensate for the loss of reactivity due to the increase in xenon concentration and до окончания указанного периода ожидания перемещать указанные один или более регулирующих стержней (16) в активную зону реактора до указанного заданного положения регулирующих стержней на начало увеличения мощности.before the end of the specified waiting period, move the specified one or more control rods (16) into the reactor core to the specified predetermined position of the control rods at the beginning of the increase in power. 14. Контроллер для атомной электростанции по п. 13, который выполнен с возможностью выполнять способ по любому из пп. 1-12.14. The controller for a nuclear power plant according to claim 13, which is configured to perform the method according to any one of paragraphs. 1-12.
RU2022115514A 2019-12-12 Nuclear power plant control method and controller RU2798456C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798456C1 true RU2798456C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4642213A (en) * 1984-07-27 1987-02-10 Westinghouse Electric Corp. Anticipatory control of xenon in a pressurized water reactor
US4647421A (en) * 1983-04-06 1987-03-03 Hitachi, Ltd. Operation control method for nuclear reactor
EP2157582B1 (en) * 2007-05-10 2013-03-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method for predicting xenon oscillation and computer program for predicting xenon oscillation
EP2686851A1 (en) * 2011-03-15 2014-01-22 Areva NP Method for operating a pressurized water reactor during load monitoring
RU2553468C2 (en) * 2009-11-06 2015-06-20 ТерраПауэр, ЭлЭлСи Systems and methods of controlling reactivity in nuclear fission reactor
RU2605431C2 (en) * 2011-12-06 2016-12-20 ТерраПауэр, ЭлЭлСи Apparatus and methods for controlling reactivity in nuclear fission reactor, nuclear fission reactors, and methods of fabricating reactivity control apparatus
DE102017205553A1 (en) * 2017-03-31 2018-03-01 Areva Gmbh Method for controlling the power of a nuclear power plant in load following operation
RU2675380C1 (en) * 2018-05-15 2018-12-19 Григорий Леонидович Пономаренко Vver and pwr type nuclear power reactor power maneuvering method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647421A (en) * 1983-04-06 1987-03-03 Hitachi, Ltd. Operation control method for nuclear reactor
US4642213A (en) * 1984-07-27 1987-02-10 Westinghouse Electric Corp. Anticipatory control of xenon in a pressurized water reactor
EP2157582B1 (en) * 2007-05-10 2013-03-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method for predicting xenon oscillation and computer program for predicting xenon oscillation
RU2553468C2 (en) * 2009-11-06 2015-06-20 ТерраПауэр, ЭлЭлСи Systems and methods of controlling reactivity in nuclear fission reactor
RU2555363C9 (en) * 2009-11-06 2015-10-20 ТерраПауэр, ЭлЭлСи System and methods of controlling reactivity in nuclear fission reactor
EP2686851A1 (en) * 2011-03-15 2014-01-22 Areva NP Method for operating a pressurized water reactor during load monitoring
US20160329116A1 (en) * 2011-03-15 2016-11-10 Alain Grossetete Method for operating a pressurized water reactor during load monitoring
RU2605431C2 (en) * 2011-12-06 2016-12-20 ТерраПауэр, ЭлЭлСи Apparatus and methods for controlling reactivity in nuclear fission reactor, nuclear fission reactors, and methods of fabricating reactivity control apparatus
DE102017205553A1 (en) * 2017-03-31 2018-03-01 Areva Gmbh Method for controlling the power of a nuclear power plant in load following operation
RU2675380C1 (en) * 2018-05-15 2018-12-19 Григорий Леонидович Пономаренко Vver and pwr type nuclear power reactor power maneuvering method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4222822A (en) Method for operating a nuclear reactor to accommodate load follow while maintaining a substantially constant axial power distribution
US8781057B2 (en) Control system and method for pressurized water reactor (PWR) and PWR systems including same
CN112628721B (en) Boiler wet-state operation water supply control method and device and storage medium
US4337118A (en) Nuclear reactor power monitoring system
US9905321B2 (en) Method for operating a pressurized water reactor during load monitoring
KR910003805B1 (en) Method and apparatus for controlling a nuclear fuel electric power generating unit interfacin
JPH0212099A (en) Method of determining and calculating output return capacity for pressurized water type nuclear reactor
RU2798456C1 (en) Nuclear power plant control method and controller
US9947422B2 (en) Control method for a pressurized water nuclear reactor
Drudy et al. Robustness of the MSHIM Operation and Control Strategy in the AP1000 Design
JP7434559B2 (en) Method and control device for controlling a nuclear power plant
Filimonov et al. VVER-1200 tests in No. 6 unit of the Novovoronezh NPP during operation in a daily load schedule
US5032346A (en) Method of determining and evaluating the emergency shutdown margin for a pressurized water nuclear reactor
US7860206B2 (en) Reactor power control apparatus of a natural circulation boiling water reactor and a feed water control apparatus and nuclear power generation plant
Ishiwatari et al. Improvements of feedwater controller for the super fast reactor
EP3046111B1 (en) Nuclear reactor power regulator and method
JP7245112B2 (en) Reactor control device, nuclear power plant and method of controlling nuclear reactor
Maksimov et al. Control of the axial offset in a nuclear reactor at power maneuvering
CN111276270A (en) Reactivity monitoring method and automatic monitoring system for nuclear power station and storage medium
RU2798480C1 (en) Method for controlling and protecting a fast neutron nuclear reactor and a system for its implementation
JP4556883B2 (en) Reactor power controller
JP2024514152A (en) Methods and assemblies for controlling nuclear reactors, nuclear reactors with such assemblies
GB2573608A (en) Load following and frequency control system and nuclear power plant having such system
WO2023151786A1 (en) Method for controlling a pressurized water reactor, computer program product and control system
Kanazirskyi et al. CONTROL OF THE AXIAL OFFSET IN A NUCLEAR REACTOR AT POWER MANEUVERING